Utilización de residual aviar como fuente de nutrientes en cultivos

MEDISAN 2004;8(3):27-31
Centro de Investigaciones de Energía Solar
UTILIZACIÓN DE RESIDUAL AVIAR COMO FUENTE DE NUTRIENTES EN CULTIVOS DE
MICROALGAS
MsC Maria Magdalena Quintana Cabrales
1
y Lic. Manuel Fernández González 2
RESUMEN
El residual aviar, como todos los desechos animales, es portador de variados
elementos químicos, que tratados adecuadamente pueden ser utilizados como
fuente de nutrientes para cultivos de microalgas.
Se caracteriza con la
determinación de la demanda química de oxígeno, demanda bioquímica de
oxígeno, nitrógeno, fósforo, potasio y magnesio como parámetros de interés para
la investigación. El residual se trabaja en 3 formas diferentes: excretas secas,
excretas frescas, sobrenadante de una disolución
de excretas secas y
sobrenadante de una disolución de excretas frescas. Los resultados mostraron
que la forma más adecuada para usar este residual como fuente de nutrientes para
el cultivo de Chlorella vulgaris, es el sobrenadante de la disolución de excretas
secas al 20 %, por cuanto aporta los valores promedios siguientes: DQO: 979,84
mg/L; N total: 876,24; Mg: 74,25; K: 142,27 y P total: 733,12 mg/L. La biomasa
resultante de la producción de biomasa de Chlorella vulgaris con este residual
contenía: 39,8 % de proteínas, 6,49 % de grasa, 36,22 % de carbohidratos, 5,27 %
de cenizas y 1,27 % de fibra.
Descriptores: RESIDUOS; ALGAS; CHLORELLA
Límite: ANIMAL
La biotecnología de las algas es reconocida mundialmente como fuente de diferentes
productos de suma utilidad, pero en ese contexto, particularmente las microalgas constituyen una buena opción para el aporte de proteínas, vitaminas y minerales; 1 sin embargo,
como esta es una tecnología muy costosa, se
investiga utilizar los residuales como posible
mecanismo de nutrientes para los cultivos de
microalgas y obtener un descenso en los
costos de producción.
Las granjas avícolas, con sus grandes naves, generan considerables volúmenes de residuales, que no son tratados eficazmente, a
pesar de que pueden ser usados como fuente
de componentes químicos en la biosíntesis de
proteínas, carbohidratos, grasas y otros elementos.
El residual aviar se caracteriza según su
composición, la cual estará más comúnmente
determinada por la propiedad del alimento
que ingieren las aves, que por la del consumidor como tal, en este caso las gallinas, más
aun conociendo que deviene una tarea extensa para que sea representativa y confiable. 2
El estudio de la composición del residual
se basa en el análisis de los elementos de
mayor interés para el cultivo de la microalga
Chlorella vulgaris y la determinación de las
concentraciones en las diferentes formas de
empleo del residual.
-------------------------1
Licenciada en Ciencias Químicas. Máster en Biotecnología e Investigadora Agregada
2
Licenciado en Ciencias Químicas. Profesor Auxiliar.
MÉTODOS
Se utilizó un cultivador de microalgas de
2,13 m2, a cielo abierto, de película descendente, con una inclinación de 3 % y superficie
ondulada.
El residual aviar se caracterizó mediante la
determinación del nitrógeno(N) y fósforo (P)
totales, magnesio (Mg), potasio (K), demanda
química de oxígeno (DQO) y demanda bioquímica de oxígeno (DBO); parámetros indispensables para el desarrollo del cultivo de la
microalga Chlorella vulgaris.
Se valoraron los 2 períodos de diferente
alimentación de los animales.
El muestreo del residual se realizó en una
disolución de excretas al 20 % en peso, tanto
secas como frescas, y en la suspensión del
tanque de succión de una planta de biogás
abastecida de excretas procedentes de la
nave avícola.
El muestreo de las excretas se efectuó
cada 24 horas durante 5 días consecutivos y
los análisis químicos se ejecutaron con 3 réplicas cada uno.
La caracterización de las excretas se hizo
en una solución al 20 % en peso, que fue
agitada durante 20 minutos y dejada en reposo por una hora. Para las determinaciones
químicas se empleó 1 mL del sobrenadante
resultante, al que se le añadió otro mililitro,
pero de ácido sulfúrico; se aplicó calor en reflujo hasta la decoloración total y luego se diluyeron hasta 50 mL. 3
El sobrenadante utilizado se extrajo directamente del tanque de succión de la planta
de biogás.
La biomasa resultante del empleo del residual aviar como fuente de nutrientes para la
microalga, se separó del cultivo por centrifugación y se caracterizó hasta determinar
proteínas, carbohidratos, grasas, cenizas y fibra.
Los análisis químico y bioquímico se ejecutaron mediante:
• Nitrógeno total: método Kjeldahl (AOAC,
1984); Standard methods (1995). 4
• Fósforo total: colorimetría con cloruro estagnoso; Standars methods (1995)
•
Magnesio: espectrometría de absorción atómica; Standard methods (1995)
•
Potasio: fonometría de llama; Herrera
(1980) 5
• DQO: método de microdeterminación; Bar-
•
•
•
•
•
tos y Conde (1978) 3
DBO: método de microdeterminación; Bartos (1978)
Proteína bruta: nitrógeno total por Kjeldahl;
Standard methods (1995)
Carbohidratos: colorimetría con antrona;
Ford y Williams (1980) 6
Extracto etéreo por Soxhlet ; Standard
methods (1995)
Minerales:método gravimétrico; Standard
methods (1995)
Durante toda la investigación se aplicó un
diseño aleatorizado con 3 réplicas. Los datos
se procesaron biométricamente mediante el
test de normalidad de Kolmogorov-Smirnov y
el análisis de varianza de clasificación simple.
RESULTADOS
En su composición, las excretas de gallina
presentaron todos los elementos de interés
para ser utilizadas como fuente de nutrientes
en el desarrollo de cultivos de microalgas
(tabla 1).
El uso de las excretas de aves para la
producción intensiva de microalgas requiere
de un proceso de mezcla con agua y luego de
la sedimentación de esa masa; por tanto, los
valores disponibles en esta mezcla serán diferentes de los obtenidos de las excretas sólidas. Para valorar esas condiciones se preparó una solución al 20 % con las excretas
secas, compuesta por los elementos mencionados en la tabla 2.
La utilización de las excretas secas de gallina demanda de la espera del proceso natural de secado o la compilación operacional
para mantener la replicación de las condiciones, por lo que se decidió probar las excretas
frescas en solución, con los valores que se
muestran en la tabla 3.
El sobrenadante del tanque de succión de
la planta de biogás, abastecida de residual
aviar, proporcionó determinados datos
(tabla 4).
La biomasa obtenida de los cultivos de
Chlorella vulgaris con residual aviar y miel
fina de la industria azucarera -- según las
condiciones descritas en la presente investigación --, poseía una proporción conveniente
entre los distintos constituyentes evaluados
(tabla 5) para ser utilizada como alimento
animal.
Tabla 1. Valores promedios obtenidos en las excretas
secas de gallina
Parámetros
N total
K
Mg
P total
DQO
DBO
Sólidos totales
Humedad
Concentración mg/g
193,80
13,20
4,05
49,72
296,80
48,73
257,43 mg/L
73,80 %
DE *
21,1
1,4
0,7
3,2
33,6
3,8
19,9
* Desviación estándar
Tabla 2. Valores promedios obtenidos en las excretas
secas de gallina en solución al 20 %
Parámetros
N total
Mg
K
DQO
P total
Concentración mg/g
876,24
74,25
143,27
979,84
733,12
DE *
2,2
3,5
3,4
17,5
0,2
Tabla 3. Valores promedios obtenidos en las excretas
frescas de gallina en solución al 20 %
Parámetros
N total
K
Mg
P total
DQO
DBO5
Sólidos totales
Concentración mg/g
973,23
68,46
21,04
259,43
151,48
255,73
1 330,61
DE *
11,6
6,1
3,6
14,2
14,5
23,3
82,0
Tabla 4. Valores promedios obtenidos en el sobrenadante
del tanque de succión de la planta de biogás
Parámetros
N total
Mg
K
DQO
P total
Tk planta de biogás
344,98
43,89
133,85
438,45
538,41
DE *
13,4
2,2
63,8
26,9
4,9
Tabla 5. Composición bromatológica de la biomasa obtenida con residual aviar y miel final como
fuente de carburo
Residual
aviar
Proteína
39,8 %
Grasa
6,4 %
Carbohidratos
36,22 %
Cenizas
5,27 %
Clorofila a
0,87 %
Clorofila b
0,27 %
Fibras
1,27 %
DISCUSIÓN
Los valores de los diferentes elementos
presentes en las excretas de gallina se
correspondían con los informados por Quintero 7 en cuanto a potasio, pero excedían los
del nitrógeno y fósforo.
El uso de la suspensión de gallinaza, preparada con excretas secas, permitió ahorrar
6,49 % de la cantidad de nitrógeno, 25,2 % de
la de potasio y 16,3 % de la de magnesio,
necesaria para producir 22,5 kg de biomasa,
que de no suministrarlos con el residual, tendría que adicionarse en forma de abono inorgánico.
El sobrenadante del tanque de succión de
la planta de biogás, con 3 - 5 días de retención, posee las características de mantener
prácticamente constantes las concentraciones
de potasio, magnesio y nitrógeno total, en
valores fluctuantes entre 132,15 - 133,36
mg/L para el primero, 42,32 - 44,57 mg/L
para el segundo y 346 - 350 mg/L para el tercero, lo cual permite utilizar esencialmente
esta suspensión como fuente de esos 3 elementos, en las condiciones experimentales
utilizadas en la investigación. 8, 9
El valor promedio más alto de DQO obtenido en el residual aviar fue de 979,84 mg/L,
por lo que no puede tomarse en cuenta como
fuente de carbono para cultivos de microalga
Chlorella vulgaris, pues la materia orgánica
que aporta es baja y se necesitan grandes
volúmenes del residual para satisfacer los
requerimientos de producción de biomasa del
cultivo (1,2 g de DQO por gramo de biomasa),
de modo que dicho residual deberá ser empleado simultáneamente con otra fuente de
carbono.
El residual aviar se suministra 4 veces al
día al cultivo como volumen de reposición del
agua por evaporación. Su uso como medio
de cultivo para las microalgas reduce los
costos de producción de la biomasa y garantiza que se obtengan similares tasas de crecimiento y valores en los parámetros fundamentales, 10 - 12 que los correspondientes a los
cultivos desarrollados con fertilizante como
fuente de nutrientes.
En este caso, el líquido residual de la producción de biomasa puede ser empleado en
regadíos o para la limpieza de las naves de
las granjas, así como incorporado a los cursos normales de agua de desechos, ya que
los cultivos de microalgas son reconocidos y
utilizados precisamente como purificadores
de residuales.
ABSTRACT
Use of Aviary Residual as a Source of Nutrients in Microalgas Cultures
The aviary residual as all the animal waste is a carrier of varied chemical elements that when
treated appropriately they can be used as a source of nutrients for microalgas cultures. It is
characterized with the determination of the DQO, DBO, N, P, K and Mg as parameters of
interest for the investigation. The residual is used in 3 different forms: dry stools, fresh stools,
supernatant of a dry stool solution and supernatant of a fresh stool solution. The results
showed that the most appropriate form to use this residual as a source of nutrients for the
culture of Chlorella vulgaris is the supernatant of the 20 % dry stool solution, since it provides
the following average values: DQO: 979,84 mg/L; total N: 876,24; Mg: 74,25; K: 142,27 and total
P: 733,12 mg/L. The biomass resulting from production of the Chlorella vulgaris biomass with
this residual contained: 39,8% proteins, 6,49% fat, 36,22% carbohydrates, 5,27% ashes and
1,27 % fiber.
Subject headings: WASTER PRODUCTS; ALGAE; CHLORELLA
Limit: ANIMAL
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Morris Quevedo HJ, Quintana Cabrales MM, Almarales Arceo A, Hernández Nazario L.
Composición bioquímica y evaluación de la calidad proteica de la biomasa autotrófica de
Chlorella vulgaris. Rev Cubana Aliment Nutr 1999;13(2):123-8.
2. Becker EW. Biotechnology and microbiology. Cambridge: University Press, 1994:293-8.
3. Bartos y Conde. Determinación rápida de la demanda química de oxígeno. Sobre los derivados
de la caña de azúcar. ICIDCA 1978;12(3):12-7.
4. Andrew DE, Clesceri LS, Greenberg AE. Standard methods. For the examination of water and
wastewater. 16 ed. [New York?]:AWWA/WPCF/APHA, 1995:512-715..
5. Herrero C, Cabezas B, Abade J, Fábregas J. Avances en tecnología de microalgas para
nutrición animal [monografía]. Santiago de Compostela: Universidad de Compostela, 1985:10015.
6. Ford J, William RA. Microalgae as food and supplement. Crit Rev Food Sci Nutr 1991;30(6):55573.
7. Quintero C. Biotecnología de microalgas. Tecnología en Marcha 1995;12(13):75-9.
8. Miyachi S. Diversity of microalgae and their posible application. Enviromental impacts of aquatic
biotechnology. Paris: OECD, 1995:28-31.
9. Taiwan Chlorella manufacture. Chlorella Broshure 1998:20-6.
10. Wheteside PJ. Atomic absorption data book pye unicam. 4 ed. London: Butterworths, 1999:4-5.
11. Zavieso D. Nutrición proteica de las aves. De proteína cruda a proteína ideal. Industria Avícola
1997;97:27-31.
12. Bedford M. La utilización eficaz del trigo en las dietas avícolas. Industria Avícola 1996;96:22-4.
MsC Maria Magdalena Quintana Cabrales Centro de Investigaciones de Energía Solar, Micro 3,
Reparto Abel Santamaría, Santiago de Cuba
CP 90100
E-mail: [email protected]
CÓMO CITAR ESTE ARTÍCULO
Quintana Cabrales MM, Fernández González M. Utilización de residual aviar como fuente de
nutrientes
en
cultivos
de
microalgas
[artículo
en
línea].
MEDISAN
2004;8(3).
<http://bvs.sld.cu/revistas/san/vol8_3_04/san05304.htm> [consulta: fecha de acceso].