ZEOLITAS SONORENSES PARA LA ADSORCIÓN DE MICOTOXINAS

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1 ZEOLITAS SONORENSES PARA LA ADSORCIÓN DE MICOTOXINAS GUILLERMO TIBURCIO-MUNIVE 1, RAFAEL JORDAN 2 y JESUS L. VALENZUELA-GARCÍA 1 1 Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia, Universidad de Sonora, Rosales y Blvd. Luis Encinas, Hermosillo, Sonora 83000, México., 2 Universidad de la Habana, Ciudad La Habana, Cuba. RESUMEN En esta investigación, se presenta un método alternativo para la activación térmica con energía solar de zeolita natural, la cual proveniente de diferentes yacimientos del Estado de Sonora. Las zeolitas activadas por este método presentan niveles aceptables para adsorber las micotoxinas: >90% para las aflatoxinas, 50-80% para la toxina T2, y de 20-45% para la Zearalenona y la Ochratoxina). De las zeolitas activadas a 400ºC, la zeolita F3 es la que tiene una mayor capacidad para adsorber las micotoxinas, seguidas por la zeolita F1 y F2. Mientras que, las zeolitas activadas a 530ºC, la zeolita F3 es la que tiene una mayor capacidad para adsorber las micotoxinas, seguidas por la zeolita F2 y F1. ABSTRACT In this research, an alternative method using solar energy for the activation of natural zeolites is reported. Zeolites from different deposits located in the State of Sonora were used. According to these results, zeolites activated by this method present acceptable levels of micotoxins absorption: >90% for aflatoxins, 50-80% for toxina T2, and 20-45% for Zearalenona and Ochratoxina). At 400ºC, zeolite F3 presented the best adsorption capacitity of micotoxins, follows by zeolite F1 and F2. While, at 530ºC, zeolite F3 exhibited the highest adsorption capacitity of micotoxins, follows by F2 y F1. INTRODUCCIÓN Las aflatoxinas (AT) son una familia de metabolitos secundarios liberados por hongos de la familia Aspergillius (A. Flavus y A. Parasiticus) y pueden contaminar granos y otros alimentos debido a un mal manejo o almacenamiento inadecuado. La contaminación generada por aflatoxinas ocasiona efectos negativos e n l a salud y rendimiento del ganado, p r i n c i p a l m e n t e, aves y cerdos. Algunos de los efectos negativos son: un menor crecimiento de los animales, daños al hígado, ictericia y depresión del sistema inmunológico. En el caso específico de los cerdos, los niveles de aflatoxinas considerados tóxicos son aquellos mayores a 300 ppb 2 y la ingesta de altos niveles de aflatoxinas puede provocar toxicosis crónica en cerdos y en consecuencia se generan pérdidas económicas importantes debido a la disminución en el rendimiento del animal. A partir del descubrimiento de las aflatoxinas en los años sesentas y la identificación de su impacto en la industria ganadera y la salud humana, se ha generado un creciente interés en la búsqueda de métodos alternativos para descontaminar granos mico-contaminados que permitan resolver esta problemática. Algunos de los métodos disponibles para descontaminar granos son: tratamientos fisicoquímicos y biológicos 1,3,4. Recientemente, se ha desarrollado un método práctico que se ha aplicado con éxito para descontaminar a gran escala granos contaminados con micotoxinas. Sin embargo, este método se ha visto limitado por diferentes factores, tal como: el nivel de encapsulamiento que presentan los diferentes materiales. Los materiales comúnmente usados para el encapsulamiento de aflatoxinas son zeolitas, aluminosilicatos de sodio y calcio, bentonitas, y carbón activado 5,6,7,8,11. En el caso de los aluminosilicatos de sodio y calcio (ASSC), estos deben ser modificados estructuralmente para que puedan adsorber adecuadamente diferentes micotoxinas (aflatoxinas). Mientras que en las zeolitas, esto se puede lograr mediante un tratamiento o activación térmica. Una vez activadas, las zeolitas adquieren la capacidad de absorber las moléculas de aflatoxina, ya que estas poseen una estructura porosa y un exceso de cargas negativas que la hacen una molécula altamente polar 9,10,13. El tamaño de la molécula de aflatoxina fácilmente se ajusta al tamaño de los conductos de la zeolita, quedando ocluida la 445

2 molécula de aflatoxina en la estructura de la zeolita. No obstante, los beneficios de la activación térmica de zeolitas mediante el consumo de combustibles fósiles o energía eléctrica, estos puede ser tan caros que hacen incosteable dicho proceso de activación térmica haciendo necesaria la búsqueda de métodos más accesibles. Por otra parte, el uso de materiales sintéticos (zeolitas sintéticas) encarece este tipo de procesos, por lo cual es conveniente emplear materiales naturales disponibles en la región, tal como las zeolitas de los yacimientos del estado de Sonora. En el esta investigación, se presenta un método alternativo para la activación térmica con energía solar de zeolita natural, la cual proveniente de diferentes yacimientos del Estado de Sonora. Adicionalmente, se evalúa la capacidad de encapsular micotoxinas (Aflatoxinas, Toxina T2, Zearalenona y Ochratoxina) en las zeolitas naturales activadas con energía solar. DESARROLLO EXPERIMENTAL La presente investigación se inició con el muestreo y posterior caracterización de las zeolitas sin tratar provenientes de tres yacimientos diferentes del Estado de Sonora. Las muestras de zeolitas fueron identificadas para su manejo como: zeolita F 1 (Yacimiento Las Tinajas en el municipio de Guaymas), zeolita F 2 (Yacimiento El Cuervo) y zeolita F 3 (Yacimiento La Maestra). Previo al tratamiento térmico con energía solar, las muestras de zeolitas se sometieron a una preparación que consistió en la molienda (tamaño de partícula de 200 a 325#) y homogeneización de las mismas. El Tratamiento térmico de la zeolita se llevó a cabo en el sistema experimental que se muestra en la Figura 1. Figura 1. Diagrama esquemático del sistema experimental empleado para el tratamiento térmico de zeolitas con energía solar El sistema experimental consiste básicamente de un canal parabólico concentrador de la radiación solar de 2 m de diámetro que desvía la energía hacia un depósito cuerpo negro colocado en su foco donde se absorbe al 100% la radiación incidente. Dicho deposito, hace la función de un horno y contenedor de la zeolita preparada previamente con un tamaño de partícula de 200 a 325#. La activación térmica de las zeolitas se lleva a cabo por lotes, la carga de zeolita por cada corrida es de 30 kg. Durante el proceso de activación, las zeolitas se someten a tratamiento térmico de acuerdo a las siguientes condiciones: (1) 400 o C por 20 minutos y (2) de 530 o C por 30 minutos. Una vez que la zeolita activada con energía solar se enfría hasta la temperatura ambiente, esta se somete a pruebas adsorción y desorción de micotoxinas (Aflatoxinas, Toxina T2, Zearalenona y Ochratoxina) de acuerdo a la metodología descrita por Dildey 14. Posteriormente, se evaluó la capacidad de intercambio iónico. Para la caracterización química y microestructural de las muestra se emplearon las técnicas de análisis químico elemental por absorción atómica en un espectrofotómetro de absorción atómica de doble haz de la marca Perkin Elmer, modelo 3110 y 446

3 análisis de fases (mineralógico) por difracción de rayos X en un difractometro con ánodo de cobre (K α ) y monocromador secundario con filtro de níquel de la marca Brucker, modelo D8. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los resultados de difracción de rayos X correspondientes a las muestras de zeolita sin activar de los yacimientos Las Tinajas (zeolita F 1 ), El Cuervo (zeolita F 2 ) y La Maestra (zeolita F 3 ) se muestran en las Figuras 2, 3 y 4, respectivamente. Figura 2. Difractograma de la zeolita de Las Tinajas (zeolita F 1). Figura 3. Difractograma de la zeolita del yacimiento El Cuervo (zeolita F 2). 447

4 Por otra parte, el análisis químico muestra que en general, la composición de las muestras de zeolita en base a óxidos es: % de SiO 2, % de Al 2 O 3, % de Fe 2 O 3, % de CaO, % de MgO % de Na 2 O, % de K 2 O y % de orgánicos (PxC). En la Tabla XX se muestran los resultados del análisis químico para cada tipo de zeolita empleado en esta investigación. Figura 4. Difractograma de la zeolita del yacimiento La Maestra (zeolita F 3). Tabla II. Composición química de las zeolitas en % en masa. Composición química de las zeolitas Óxidos Zeolita F 1 Zeolita F 2 Zeolita F 3 SiO Al 2O Fe 2O CaO MgO Na 2O K 2O PPC Total SiO 2 /Al 2 O Los resultados de las pruebas de adsorción y desorción de micotoxinas se muestran en las Figuras 5 y

5 Figura 5. Resultados de la adsorción de micotoxinas en zeolitas preparadas a 400 ºC y 530 ºC. Los resultados de las pruebas de adsorción en zeolitas preparadas a 400 y 530 ºC muestran que las aflatoxinas son las que presentan una mayor capacidad adsorberse en los tres tipos de zeolitas (la capacidad adsorción es como sigue aflatoxina>toxina T2>Zearalenona>Ochratoxina). Sin embargo, los más altos porcentajes de adsorción en las zeolitas activadas a 400ºC se obtienen cuando se emplean las zeolitas F1 (96.18%), luego le sigue la zeolita F3 (92.64%) y finalmente la zeolita F3 (90.10%). Las dos primeras corresponden a la fase clinoptilolita. Mientras la última (zeolita F2) corresponde a una mezcla de chabazita y huelandita. En las zeolitas procesadas a 530ºC, se observa que la capacidad de adsorción de las micotoxinas disminuye en el siguiente orden: aflatoxina, toxina T2, Zearalenona y Ochratoxina. Figura 6. Resultados de las pruebas de desorción de micotoxinas a 400 y 530 ºC. Por otra parte, los resultados de las pruebas de desorción a 400ºC y 530ºC indican para las muestras F1 y F2, las a aflatoxinas se desorben más facilemente, luego le siguen la Zearalenona, toxina T2 y Ochratoxina. Mientra que la muestra F3 la capacidad de desorción de las micotoxinas aumenta en el siguiente orden aflatoxina, toxina T2, Zearalenona y Ochratoxina. El caso de las zeolitas procesadas a 530ºC, se observa que sólo la muestra F2 conserva en mismo comportamiento en cuanto a la 449

6 capacidad de desorber los cuatro tipos de micotoxinas (aflatoxinas > Zearalenona> toxina T2> Ochratoxina). Para la muestra F1 la capacidad de adsorción disminuye en el siguiente orden aflatoxinas se desorben más facilemente, luego le siguen la Zearalenona, toxina T2 y Ochratoxina. Y finalmente, los resultados de la muestra F3 indicaron que la capacidad de desorción disminuye en el siguiente orden: Zearalenona, Ochratoxina, toxina T2 y aflatoxinas. CONCLUSIONES Las zeolitas activadas con energía solar 400ºC y 530 ºC presentan niveles aceptables para adsorber las micotoxinas): >90% para las aflatoxinas, 50-80% para la toxina T2, y de 20-45% para la Zearalenona y la Ochratoxina). De las zeolitas activadas a 400ºC, la zeolita F3 es la que tiene una mayor capacidad para adsorber las micotoxinas, seguidas por la zeolita F1 y F2. Mientras que, las zeolitas activadas a 530ºC, la zeolita F3 es la que tiene una mayor capacidad para adsorber las micotoxinas, seguidas por la zeolita F2 y F1. De las zeolitas estudiadas, la zeolita F3 (yacimiento La Maestra) es la que presenta las mejores capacidades de adsorción y desorción. En cuanto a la adsorción de micotoxinas, la zeolita F3 (yacimiento La Maestra) se puede considerar como la más viable y es más apropiada para el encapsulamiento específico de aflatoxinas. BIBLIOGRAFÍA 1. Johri T. S.,Beura C.K.,: Efficacy of absorb feed supplement in alleviating adverse effects of aflatoxins in briolers (2000) Pultry times of India, awlor P. G., Lynch P. B.,: Mycotoxins in pig feeds 2: clinical aspects (2001) Irish Veterinary Journal, 54 (4) Bailey R. H., Kubena L. F., Harvey R. B., Buckley S. A., Rothinhaus G. E.,: Efficacy of various inorganic sorbents to reduce the toxicity of aflatoxin and T-2 toxin in broiler chickens (1988) Poultry Science 77: Vincelli P., Mc Neill M.,: Aflatoxins in corn Edrington T. S., Kubena L. F., Harvey R. B., Rothinghaus G. E.,: Influence of superactivated charcoal on the toxic effects of aflatoxins or T-2 toxin in growing broilers (1997). Poultry Science 76: Kubena L. F., Harvey R. B., Phillips T. D., Corrier D.E., Huff W.E.,: Diminution of aflatoxicosis in growing chickens by dietary addition of a hydrated sodium calcium aluminosilicate.(1990) Poultry Science 69: Phillips T.D., Kubena L.F., Harvey R.B., Taylor D.S., Heidelbaugh N.D.,: Hydrated sodium aluminosilicate: A high affinity sorbent for aflatoxin (1988) Poultry Sci. 67: Andrew R. D., Shaw J.W.,: Zeoponic Inc Kececi T.,Oguz H., Kurtoghu V., Demet O.,: Effects of polyvinylpolypyrrolidone, synthetic zeolite and bentonite on serum biochemical and haematological characters of broiler chickens during aflatoxicosis (1998) British Poultry Science 39: Parlat S. S., Yildiz A. O., Oguz H.,:Effect of clinoptilolite on performance of japanese quail (cotumix cotumix japónica) during experimental aflatoxicosis (1999) British Poultry Sci. 40: Huwig A., Freimund S., Kappeli O., Dutler H.,: Mycotoxin detoxication of animal feed by different absorbents (2001) Toxicology letters 122: Witlow L. W.,Hagler W. M.,: Micotoxin toxicity, treatment and prevention: Mid-south Rumiant Nutrition Conference (Texas 1999) mycotreatment.pdf 13. rmsbruster T.,: Clinoptilolite-heulandite. Aplications and basic research. Zeolites and mesoporous materials at the Dawn of the 21ts Century, Galarnau A., Di Renzo F., Faujula F., Vedrine J. Editors (2001) Elsevier Science, 67: Dildey D. D.,: Are mycotoxins causing problems in dairy cattle? The western dairymen, Oct. (1998) pp: