Desarrollo de tecnologías al nivel laboratorio y escala comercial

Desarrollo de tecnologías al nivel laboratorio y escala comercial para el
cultivo de camarón blanco (Litopenaeus vannamei) en sistemas de
producción hiperintensiva sin recambio.
Resumen:
En México la producción por la acuacultura del camarón blanco (Litopenaeus
vannamei) ha crecido rápidamente durante los últimos diez años llegando en 2005
a 70 mil toneladas, cinco veces mas que en 1995. Sin embargo este notable
crecimiento ha causado problemas ambientales. En vista de los incrementos en
los gastos de producción, especialmente por los alimentos y la energía la
rentabilidad de la producción de camarón ha disminuido durante los últimos años.
En vista de esta situación es importante buscar métodos alternativos de
producción para la conservación del medio ambiente y reduciendo los gastos de
producción. El cultivo hiperintensivo de camarón junta con bacterias heterotróficas
es una nueva tecnología.
En los cultivos de camarón las bacterias heterotróficas juegan un papel muy
importante en la purificación del agua. Ellas utilizan el amonio disuelto excretado
por el camarón y del origen del alimento (proteínas) como fuente de nitrógeno, sin
embargo para el crecimiento de ellas es necesario una aeración intensa y fuentes
de carbono (melaza). Además los camarones pueden utilizar de un 30 hasta un
50% de sus requerimientos alimenticios por el “biofloc”, consistiendo
principalmente de bacterias heterotróficas.
Para la investigación a nivel laboratorio se formularon en colaboración con la
empresa PIASA, S.A. dos diferentes alimentos bajo en proteínas y harina/aceite
de pescado. En el laboratorio del Depto. Desarrollo de Tecnologías/CICIMAR se
prepararon los dos alimentos. Después de la adecuación del laboratorio húmedo
(suministro de agua del mar y agua dulce, aeración, control de la temperatura28oC) se comenzaron en un diseño en cuatricada completamente hecho al azar
los experimentos (30 y 50 animales/100 l, salinidad 10 y 35 ppt). En el agua se
determinaron el numero (colonias) de bacterias heterotróficas (sin éxito), los
sólidos suspendidos y la materia orgánica (promedio 9.89 x 10-3 +/- 1.42 mg/ml y
consistió en 99% materia orgánica). Por el diseño del sistema y la tarea del
recambio del agua limitado, no teníamos éxito en determinar la biomasa y
sobrevivencia durante el experimento resultando una falla en la estimación de la
alimentación. En el experimento con agua del mar y densidades de 300 anim/m3
sobrevivían 25 animales.
El cultivo de camarón a escala comercial encontró también problemas. El
problema fundamental fue la imposibilidad a determinar la biomasa y
sobrevivencia de los camarones, resultando una sobre-alimentación, empeorar de
la calidad de agua, que necesitó recambios parciales muy frecuentes. El
crecimiento de los animales ocurrió irregular y lento. Después 20 semanas del
cultivo se tenían un peso promedio de solamente 15.0 +/-2.89 gramos,
principalmente este crecimiento en etapas fue a causa de los recambios parciales
del agua, en cual se lavaron afuera del sistema las bacterias heterotróficas.
También la concentración baja en la concentración del oxigeno durante muchos
días provoco un retraso en el crecimiento.
Para mejorar la metodología del cultivo hiperintensivo de camarón sin recambios
parciales de agua es fundamental desarrollar la técnica para determinar la
biomasa y la sobrevivencia. Este facilitar la determinación de la alimentación
adecuada, un mejoramiento de la calidad del agua sin la necesidad de recambios
frecuentes y el crecimiento de bacterias hetrotróficas, que sirven como alimento
para el camarón.
Introducción:
En México la producción por la acuacultura del camarón blanco (Litopenaeus
vannamei) ha crecido rápidamente durante los últimos diez años llegando en 2005
a 70 mil toneladas, cinco veces mas que en 1995 (FAO-FishStat, 2007). Ahora en
México el 60% de la producción acuícola viene del cultivo de camarón. Sin
embargo este notable crecimiento ha causado problemas ambientales. Las
descargas de las aguas provenientes de los cultivos de camarón ricas en
nutrientes han causado la eutroficación de aguas receptoras, y el tratamiento
insuficiente de las fuentes de aguas de alimentación y de efluentes ha causado la
propagación de enfermedades. Además durante los últimos años la rentabilidad de
la producción de camarón ha disminuido en vista de los incrementos en los gastos
de producción, especialmente por los alimentos.
Durante los últimos años el paradigma de las necesidades para los requerimientos
del cultivo de camarón en sistemas intensivos de producción ha cambiado
drásticamente. Antes, los cultivos intensivos dependieron de recambios de agua
frecuentes para eliminar compuestos nitrogenados, especialmente del amonio
libre. Sin embargo como en las plantas de tratamiento de aguas residuales las
bacterias heterotróficas juegan un papel muy importante en la purificación del
agua así en los cultivos de camarón hiperintensivos se puede llevar a cabo sin la
necesidad de recambios de agua. Las bacterias heterotróficas utilizan en cultivos
de camarón el amonio disuelto como fuente de nitrógeno, sin embargo para el
crecimiento de ellas es necesario una aeración intensa y fuentes de carbono.
Estas tres características hacen a las heterotróficas candidatas excepcionales
para la purificación de aguas en sistemas de acuicultura con intercambio de agua
limitado a cero. Además los camarones pueden utilizar de un 30 hasta un 50% de
sus requerimientos alimenticios por el “biofloc”, consistiendo principalmente de
bacterias heterotróficas. Con suficiente suministro de aeración y materia orgánica
(alimentos especialmente formulados y bajos en proteínas) es posible controlar la
concentración del amonio disuelto y obtener una producción muy elevada de
camarón blanco.
Material y Métodos
En colaboración con la empresa PIASA, S.A., que produce alimentos compuestos
para el cultivo de camarón, se formularon para la investigación a nivel del
laboratorio dos diferentes alimentos bajo en proteínas y harina/aceite de pescado.
PIASA regaló los compuestos. En el laboratorio del Depto. Desarrollo de
Tecnologías/CICIMAR se prepararon los dos alimentos en forma de harina.
En colaboración con el director operativo del criadero para camarón (Acuacultura
Mahr, S.A.) se obtuvieron regalado en 14 de mayo 2008 1000 postlarvas (Pl20,
peso húmedo 34 mg c/u) para las investigaciones al nivel laboratorio en el Depto.
Desarrollo de Tecnologías/CICIMAR.
Después de la adecuación del laboratorio húmedo (suministro de agua del mar y
agua dulce, aeración, control de la temperatura) se comerciaron los experimentos
en 16 tambos con 100 litros de volumen c/u y una temperatura en el agua de
28oC. En un diseño completamente hecho al azar se utilizaron 4 tambos con una
salinidad de agua de 10 ppt y 30 animales, 4 con una salinidad de 35 ppt y 30
animales, 4 tambos con una salinidad de 10 ppt y 50 animales, y 4 tambos con
una salinidad de 35 ppt y 50 animales.
Se tomaron medidas cada dos días de la temperatura y salinidad y si necesario se
ajustaron los factores. Cada cuatro horas seis veces por día se alimentaron los
animales con una pizca de los alimentos.
En el agua se determinaron el numero (colonias) de bacterias heterotróficas con
agar marino, los sólidos suspendidos y la materia orgánica por filtración, sequedad
a 110oC y 550oC. Duración de la investigación: 27 de marzo hasta 26 de junio
2008).
Después las investigaciones a nivel laboratorio se continuaron la investigación a
nivel comercial para el cultivo de camarón blanco (Litopenaeus vannamei) en un
sistema de producción hiperintensiva en las instalaciones del CETMAR. Duracion
de la investigación: 12 de junio hasta 30 de Octubre = 140 diás. En el CETMAR
hay un estanque de cemento con un diámetro de 35 m y de una profundidad
máxima de 95 cm. (volumen total de agua: 962 m2 ). Para hacer posible el cultivo
de camarón en el estanque Acuacultura Mahr S.A. instaló en el fondo 200
aireadores de hule (40 de 120 cm y 160 de 150 cm, como usado en plantas de
tratamiento de aguas negras), y al lado y afuera del tanque un “blower” de 10
caballos y dos filtros de arena. Para emergencias de aireación se tienen dos
aireadores flotantes y una planta eléctrica trabajando con diesel. Acuacultura Mahr
suministró Junio 12, 2008 las postlarvas (486,000 con un peso de 17 g c/u,
densidad 500 animales/m2), un técnico por 8 horas en la noche, los alimentos
comercial (primera semana un alimento microparticulado (MeM) con 61% proteína
y un alimento molido de PIASA con 44% proteínas. Después 6 semanas del cultivo
fue agregado un alimento comercial peletizado (NASSA) con 35% de proteínas.
Periódicamente se agregaron al agua un probiotico fermentado (Epicin Pond) y
melaza.
Duracion de la investigación: 12 de junio hasta 30 de octubre = 140 dias).
Diariamente (con excepción de los domingos) se determinaron el nivel del agua en
el estanque, la temperatura, pH, salinidad, cantidad de las bacterias por medio de
conos de Imhoff, la turbidez con el disco Secchi, y la concentración de los solidos
suspendidos totales y materia orgánica. Semanal se determinaron el crecimiento
(peso) de los animales.
Resultados
1) Experimentos en el Depto. Desarrollo de Tecnologías (CICIMAR/IPN).
a) Formulacion y preparación de los alimentos: En colaboración con PIASA se
formularon dos alimentos compuestos para el cultivo de postlarvas/juveniles en
sistemas hiperintensivos sin recambios de agua limitados. El alimento para el
comienzo de los experimentos consistió principalmente en harina de trigo y soya,
tenía 20% de proteínas, sin harina y aceite. El alimento para la segunda fase tenía
30% de proteínas y 14% de harina/aceite de pescado y consistió principalmente
en trigo y soya. Todos los compuestos fueron agregados y calentados, mezclados,
exprimidos en forma de salchichas pequeñas con una molina de carne. Las
salchichas fueron desecadas a 100 oC y siguiente molidas en polvo que fue
almacenado para el siguiente uso en refrigeración.
b) Adecuación del laboratorio húmedo para los experimentos en 16 tambos de 100
litro c/u): En vista que el laboratorio húmedo fue no usado por un tiempo la
adecuación de las instalaciones fue necesaria. El suministro del agua de mar
consiste en un sistema de filtración, almacenamiento de agua tibio y conectado a
una bomba sumergible. El agua es suministrada a 16 tambos de 100 litros de
volumen. Cada tambo tiene su sistema de aireación y calefacción regulada
electrónicamente. Especialmente la adecuación de los delicados calentadores y el
sistema delicado electrónico de control ha causado problemas y frecuentes
cambios fueren necesarios. Al fin pudimos llegar que la temperatura y la
concentración del oxigeno en el agua permaneció estable entre 27.6 y 28.3 oC y
3.3 y 5.2 ppm. El pH fluctuó ligeramente entre 6.7 y 7.66 (promedio: 7.24 +/- 0.40).
Por la evaporación la salinidad en el agua se fluctuó entre 12 y 38 ppt y ha hecho
necesario frecuentes ajustes con agua dulce.
c) Siembra, alimentación y crecimiento de las postlarvas: En 4 de mayo 2008
hemos recibido como regalo de la cría de larvas de camarón (Acuacultura Mahr
S.A.) 1000 animales de 34 mg c/u que fueron distribuido como explicado anterior
en el capitulo Material y Métodos. Por el diseño del sistema y la tarea del recambio
del agua limitado, no teníamos éxito en determinar la biomasa y la tasa de
sobrevivencia. Estos factores han hecho muy difícil en calcular la exacta cantidad
de alimento necesaria para cada tambo. En el 26 de junio 2006 se terminaron el
experimento. En el experimento de engordar postlarvas de camarón a salinidades
bajas (10 ppt) y altas densidades de siembra (500 animales/m3) sobrevivió
solamente un animal (peso: 0.57g), en el experimento con agua del mar y
densidades altas (300 animales/m3) sobrevivían animales en tres tambos (tambo
2: tres animales, peso 0.92 +/-026g; tambo 5: 13 animales, peso 0.51 +/-0.35g y
tambo 13: 9 animales, peso 0.68 +/-0.45g), en densidades muy altas (500
animales/m3) sobrevivían animales en dos tambos (tambo 3: 6 animales, peso
0.57 +/-0.67g, tambo 9: 13 animales, peso 0.55 +/-0.45g). En vista que la
alimentación fue igual en todos los tambos y las condiciones ambientales
controladas hay indicaciones que la salinidad juega un papel muy importante. En
salinidades de agua de mar sobrevivían el mayor número de animales.
d) Determinación de los sólidos totales suspendidos y de la materia orgánica:
Semanal se tomaron muestras de agua para determinar la concentración de los
sólidos totales suspendidos y de la materia orgánica. Durante el experimento se
no encontraron significantes diferencias entre el primero muestreo (20 de mayo) y
el ultimo (26. Junio). El promedio de la concentración fue 9.89 x 10-3 +/- 1.42
mg/ml. Y en todos los casos consistió en 99% materia orgánica.
e) Determinación del número de “colony forming units. A pesar de varios intentos
los dos participantes en el proyecto (“expertos en microbiología” del CICIMAR) no
tenían éxito en la determinación del número de bacterias y renunciaron el 7 de
junio 2008 la colaboración en el proyecto. En una análisis preliminar se
demostraron que los tambos con agua salobre (salinidad 10 ppt) contienen casi 3
veces mas UFC/ml (52.05 +/- 0.91 UFC/ml), que los con agua marina (18.95 +/9.54 UFC/ml). La formación de “bio-floc” resultó en problemas de la
homogenización de las muestras y resultados con un rango de 500% entre la
misma muestra.
2) Cultivo de camarón a escala comercial (CETMAR)
a) Parámetros físico-químicos del agua durante la producción. Temperatura: Al
día 4 de la producción el agua tenía una temperatura mínima de 25.7oC, que
aumentó hasta el día 22 hasta 38.6oC. La temperatura mínima quedó constante a
30 – 31oC hasta el día 116, después bajó hasta el fin a 26oC.El día 14 la
temperatura llegó al maximo de 36.7oC y quedo constante a 33.5 oC hasta el día
113, y después bajó hasta 30.1oC al fin de la producción. Oxigeno disuelto: A
pesar fuerte aireación las concentraciones mínimas del oxigeno disuelto llegaron
durante varios días a niveles muy criticas (dia 35: 2.77, 40: 2.8; 61: 1.3; 70: 2.4;
86:2.4; 89: 2.5; 113: 2.5. pH: Durante todo el periodo el pH quedo constante a 7.25
Salinidad: Al comienzo de la producción la salinidad en el agua fue relativamente
alta (42 ppt), bajo durante Julio-Agosto a 40 ppt, y durante Octubre 35-36 ppt. La
alta salinidad durante Junio y Julio fue a causa de la alta evaporación y recambios
de agua limitada, la baja salinidad en Octubre fue a causa de frecuentes
recambios del agua. Turbidez = visibilidad (disco de Secchi) y
concentraciones de “bio-floc” (“Imhoff”). Se recomiendan para sistemas
trabajando con bacterias heterotróficas una visibilidad determinada con el disco
Secchi de 5 hasta 10 cm y una concentración de “biofloc” determinada con el cono
de Imhoff de más de 15 ml. Durante el periodo de la producción el promedio de la
visibilidad fue 22 cm y una concentración de “bio-floc” solamente de 4 ml. Un signo
que la concentración de bacterias no fue suficiente. Sólidos suspendidos
totales: Al día 8 del la producción la concentración de los sólidos suspendidos fue
muy baja (1.89 mg/ml), sin embargo incremento la día 36 a 25.6 mg/ml. Por la
fuerte aireación al día 68/69 todos los sedimentos en el fondo del estanque fueron
suspendidos y la concentración llegó a un máximo de 50 mg/ml. Frecuentes
recambios del agua durante los dos últimas semanas bajaron la concentración a
12 mg/ml. El promedio de los sólidos suspendidos fue 20 mg/ml. Materia
inorgánica (cenizas) y orgánica en el agua. Se determinaron casi nula las
fluctuaciones en la concentración de materia inorgánica (promedio 80% cenizas) y
20% materia orgánica.
b) Recambio de agua: Se planearon ejecutar recambios parciales de agua muy
limitados. Sin embargo por los problemas en determinar la biomasa y
sobrevivencia de los animales, se sobre-alimentaron resultando una calidad malo
del agua y para salvar los animales fueron necesarios recambios parciales del
agua muy frecuentes. Este factor prohibió el crecimiento de las bacterias
heterotróficas.
c) Manejo del cultivo, alimentación y crecimiento de los animales: Manejo del
cultivo: Hasta el día 38 no eran necesarios gran cambios en el manejo del cultivo.
Se ejecutaron durante el día 39 el primer recambio parcial del agua, en el día 43
se usaron los dos aireadores flotantes para aumentar la concentración del oxigeno
y los bombas de arena para aumentar el nivel. Todo el sedimento del fondo llego
en suspensión. Durante el siguiente tiempo de producción se ejecutaron
frecuentemente recambios parciales de agua y el uso de los aereadores flotantes,
resultando que los probióticos y las bacterias heterotróficas fueren lavados afuera
del estanque. Alimentación: La alimentación de los animales fue hasta el día 37
gradualmente hasta 80 kg/día aumentada, quedó constante hasta el dia 113 de la
precosecha y después disminuida hasta 40 kg/día. En el total se gastaron 8,5
toneladas en alimento. Crecimiento de los animales: La evaluación de los datos
sobre el crecimiento de los animales durante el periodo de producción demostró y
crecimiento muy irregular. Durante los primeros 37 días los animales aumentaron
su peso desde 17 mg hasta 2.07 g c/u. Desde día 37 hasta día 41 el crecimiento
fue lento (2.64 +/- 1.2 g), desde día 41 hasta día 57 rápida (4.0 +/- 1.57 g), desde
día 57 hasta día 64 otra vez lento (4.14 +/-1.24 g), desde día 64 hasta día 71
rápido (6.15 +/- 2.22 g), desde día 71 hasta día 92 otra vez rápido (8.87 +/-2.1 g),
desde día 71 hasta día 106 lento (9.69 +/-2.05 g), desde día .106 hasta día 113
rápido (10.9 +/- 2.23 g), desde día 113 hasta día 126 lento (11.5 +/- 2.25 g), y
desde día 126 hasta día 140 rápido (15.o +/-2.89 g). Principalmente este
crecimiento en etapas es a causa de los recambios del agua, en cual se lavaron
afuera del sistema las bacterias heterotróficas. También la concentración baja
durante muchos días provoco un retraso en el crecimiento. Desgraciadamente
datos sobre la cosecha parcial y final (ingresos) no fueron disponible
7
6
gramos
gramos
5
4
3
2
1
0
1
16
30
40
Días
50
64
71
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
71
85
99
113
Días
126
140
Impacto
El cultivo hiperintensivo de camarón sin recambios de agua y la propagación de
bacterias heterotróficas es una técnica muy reciente. Sin embargo hasta ahora en
Baja California Sur no existen experiencias de esta tecnología. El objetivo del
proyecto fue ganar experiencia para recomendaciones en siguientes cultivos. Para
aprovechar las bacterias heterotróficas como alimento suplementario para los
camarones es importante desarrollar la metodología para determinar el número
exacto de ellas. Es imposible recibir resultados como “el número de las bacterias
es incontable” o números en un rango de 500% diferencias. Un problema que
hemos encontrado y que es fundamental para futuros ciclos de producción fue la
dificultad en determinar la biomasa y supervivencia de los animales en el
laboratorio y también la escala comercial. Sin estos datos es imposible determinar
confiable la cantidad del alimento necesario para garantizar el mejor crecimiento
sin la necesidad de recambios parciales del agua.