Procedimiento para la obtención de bioestimulantes a partir de residuos agroindustriales.
Objeto La presente invención tiene por objeto un procedimiento para la obtención de bioestimulantes vegetales a partir de residuos agroindustriales.
El proceso comprende: a) Una fase fermentativa con microorganismos productores de enzimas hidrolíticas usando como base del medio de cultivo, residuos agroindustriales y CaCl2 en concentraciones que favorecen la excreción de enzimas y b) una segunda fase en la que los caldos de fermentación serán utilizados como una herramienta hidrolítica sobre nuevos residuos que serán modificadas por las enzimas producidas en el paso primero.
Los residuos agroindustriales se caracterizan por ser materia orgánica de alto contenido proteico y con una alta susceptibilidad a ser hidrolizado debido a la desnaturalización de las proteínas producido en los procesos agroindustriales de los cuales proceden. Destacan los residuos de la industria del bioalcohol cuyos orígenes son semillas de sorgo, maíz, trigo y avena, residuos de la industria del aceite (procedentes de semillas de girasol, colza, etc.) , residuos de la industria vitivinícola..
Los productos finales obtenidos son sustancias naturales con función bioestimulante (estimula el crecimiento, la floración, el enraizamiento, ...) y también fertilizante (provee de nutrientes orgánicos a las plantas) .
Estado de la técnica
Actualmente, los fertilizantes orgánicos parten de sustratos orgánicos y sufren una serie de tratamientos que los transforman en mayor o menor grado en sustancias asimilables por la planta.
Los procesos productivos se dividen en fermentativos y enzimáticos:
Los procesos fermentativos utilizados en la actualidad de forma mayoritaria, son tratamientos microbianos, procesos de fermentación en estado sólido (compostaje) .
Hay numerosas patentes que describen dichos procesos (Véase como ejemplo de ello, el Procedimiento para la fabricación de un fertilizante orgánico a partir de excreta ganadera y residuos agroforestales
, patente española Nº 2 151 845; Procedimiento para la obtención de un fertilizante orgánico
, patente española Nº 518.595) .
En estos procesos, debido al poco control que se ejerce sobre el crecimiento microbiano que es inespecífico, hace que el producto final no sea homogéneo de una partida a otra, por lo que las producciones que se obtienen con ellos tampoco son siempre comparables.
Los procesos de producción mediante hidrólisis enzimática directa, son mucho más eficientes y dan lugar a productos líquidos que presentan una mayor capacidad bioestimulante, mayor biodisponibilidad y funcionalidad a la hora de su aplicación.
Estos procesos son mucho más eficientes, el tiempo de producción es de horas con respecto a semanas y meses de los procesos fermentativos. Sin embargo, las hidrólisis enzimáticas de diversos orígenes tienen el problema de coste de la enzima (o enzimas) empleadas en el proceso, lo cual suele hacer prohibitivo su uso.
Otros mecanismos como la hidrólisis química suele producir, como efectos colaterales, una gran cantidad de sustancias no absorbibles por la planta y, potencialmente tóxicas.
La técnica actual, hace incompatible el bajo coste (compostaje) con la alta calidad y control de producto (hidrólisis) .
La presente invención contempla el uso de residuos agroindustriales con composiciones definidas a fin de que el producto final posea una proporción ideal de elementos nutritivos para el cultivo a tratar. Se trata de un proceso de producción de bioestimulantes mediante enzimas producidas en los mismos sustratos que dan lugar a los bioestimulantes, reduciéndose los costes del proceso. La presente invención consiste por tanto, en un proceso en dos fases para la obtención de un producto líquido rico en fitonutrientes solubles y de alta absorción, de calidad comparable a los obtenidos por hidrólisis enzimática pero de coste muy inferior.
Descripción de la invención
La presente invención tiene por objeto un procedimiento para la obtención de un producto líquido rico en fitonutrientes solubles y de alta absorción para su uso como fertilizantes y estimulantes de la germinación, el enraizamiento, el crecimiento, la floración, el cuajado y la maduración de plantas y sus frutos. Puede aplicarse en sus diferentes variantes a cualquier tipo de planta, momento del desarrollo vegetal, suelo y forma de cultivo, y potencialmente utilizable en agricultura ecológica.
El procedimiento objeto de esta invención comprende dos fases que llamaremos Fase fermentativa e hidrolítica respectivamente y se obtienen dos tipos de productos: Sustancias solubles en forma líquida con capacidad bioestimulante y fertilizante y subproducto sólido con capacidad fertilizante.
La materia prima utilizada en el procedimiento de la presente invención como fuente de nitrógeno y energía para la generación de enzimas son sustratos vegetales insolubles y definidos y, generalmente, de una elevada insolubilidad. Todos tienen como característica común su alto contenido en Nitrógeno proteico y una alta susceptibilidad a ser hidrolizado debido a la desnaturalización de las proteínas producido en los procesos agroindustriales de los cuales proceden. Los sustratos utilizados en este proceso serán de origen vegetal y con altos contenidos proteicos como residuos de la industria de la algarroba, industria del bioalcohol, (con diferentes orígenes como maíz, sorgo, trigo, o cebada) , industria aceitera (harinas desengrasadas de girasol, colza, etc) industria vitivinícola (orujo de uva) etc.
El procedimiento de la presente invención comprende dos fases:
La Fase Fermentativa: tiene como base un sustrato vegetal de alto contenido en nitrógeno y elevada desnaturalización proteica procedente de procesos agroindustriales siendo el medio de cultivo óptimo de Bacillus licheniformis, un microorganismo excretor de enzimas. En la fase fermentativa se ha de conseguir una producción de una fase líquida enriquecida en actividad hidrolítica de origen microbiano. Para ello, se introducen en un biorrector una concentración de 0, 5%-2% de sustrato vegetal (siendo las condiciones más óptimas en torno al 1%) y un inóculo de B. licheniformis junto con CaCl2 en cantidades a partir de 5 mmolar para favorecer la síntesis y estabilidad de las enzimas a producir. El biorreactor debe estar a pH neutro, Tª óptima para el desarrollo del microorganismo (35-37ºC) y aireación durante 40-50 horas, obteniéndose una disolución del sustrato modificado con un elevado contenido en proteasas excretadas por el microorganismo, que se emplea en la fase hidrolítica del procedimiento como base enzimática para aumentar la productividad del bioestimulante objeto de la presente invención.
La Fase Hidrolítica del proceso consiste en tomar el caldo de fermentación de la fase fermentativa y diluirlo 20-30 veces hasta llegar a una concentración óptima para llevar a cabo la hidrólisis. Éste proceso requiere diversos controles entre los que podría citarse el pH (óptimo para la actividad enzimática, entre 7-8) , la temperatura (55-60ºC) y el tiempo (100 min-150 min) como factores fundamentales.
Esta fase puede llevarse a cabo en el mismo recipiente que la fase anterior simplemente añadiendo agua y el residuo agroindustrial con elevado potencial bioestimulante (10-20% p/v) , obteniéndose la solubilidad del material vegetal introducido con capacidad bioestimulante.
Por último se procede a la separación sólido-líquido mediante centrifugación, a la concentración por evaporación y acidificando el medio para disminuir el pH facilitando el almacenaje, el transporte y, sobre todo, porque a esa concentración es totalmente estable.
Los sólidos resultantes no solubilizados, pueden emplearse como abono orgánico convencional y el líquido resultante es el producto con capacidad bioestimulante para su uso como fertilizantes y estimulantes de la germinación, el enraizamiento, el crecimiento, la floración, el cuajado y la maduración de sus plantas y frutos.
Modo de realización
A continuación se describe el proceso de obtención de bioestimulantes para dos casos concretos:
A) Residuos de la industria del bioalcohol procedentes de semillas de maíz. B) Residuos de la industria de la algarroba. La primera fase es la fase fermentativa, común en la producción de ambos tipos de bioestimulantes, radicando la diferencia en el substrato utilizado en la segunda fase.
El medio de fermentación incluye los siguientes componentes:
Residuos de la industria del bioalcohol 10 gramos (base de medio de cultivo) Cloruro de calcio 0.55 gramos (Activador de la producción de proteasas) Cloruro de sodio 3 gramos Agua hasta 1 litro. Los microorganismos utilizados son bacterias del género Bacillus superproductoras de enzimas, en el ejemplo se ha utilizado una cepa de Bacillus licheniformis ATCC 21415.
Las condiciones de cultivo fueron los siguientes:
pH 7 Temperatura 37 grados centígrados Tiempo de cultivo 53 horas. El resultado de la fase anterior es una suspensión de partículas y bacterias en un líquido que lleva disuelto una cantidad considerable de actividad hidrolítica de la bacteria B. licheniformis empleada en el proceso.
La fase de fermentación es centrifugada y se procede a la separación en una fase líquida y otra sólida. La fase líquida libre de células se empleara como herramienta hidrolítica por su gran contenido en proteasas, siendo estable en frío durante un mes.
La segunda fase es la fase de hidrólisis en la cual se produce la conversión de los residuos agroindustriales en bioestimulantes:
En nuestro ejemplos se muestra la producción de dos tipos de bioestimulantes, la diferencia radica en la materia prima que se hidroliza siendo el proceso el mismo en ambos casos:
Primer Bioestimulante denominado BM: Procedente de residuos de la industria del bioalcohol procedentes de semillas de maíz.
Segundo Bioestimulante denominado BA: Procedente de residuos de la industria alimentaria de la algarroba.
En un reactor hidrolítico se introducen los siguientes materiales:
200 gramos de Residuo de la industria del bioalcohol procedentes de semillas de maíz para la producción BM ó 200 gramos de Residuo procedentes de la industria de la algarroba para la producción de BA
ml de la Fase liquida producida en la etapa anterior
Agua hasta 1000 ml
En el reactor se mantendrá constante dos parámetros:
Temperatura 55 ºC
pH 7
Tiempo de reacción: 120 minutos
Una vez finalizado, el producto es centrifugado, y evaporado siendo su composición para cada caso:
El producto bioestimulante de residuos de maíz (BM) tiene la siguiente composición:
Características físico-químicas
| %p/p |
| |
Humedad | 65-60 |
pH | 5.0-5.5 |
Densidad (Kg/I) | 1.10-1.12 |
Cenizas | 1.04-1.29 |
| |
Nitrógeno total | 4.44-5.08 |
Nitrógeno amoniacal | 1.22-1.40 |
Nitrógeno proteico | 3.22-3.68 |
| |
Proteína Bruta | 28-32 |
Aminoácidos libres | 7-9 |
El producto bioestimulante de algarroba (BA) tiene la siguiente composición
Características físico-químicas
| %p/p |
| |
Nitrógeno total | 2, 6-3, 2 |
Nitrógeno amoniacal | 0, 26-0, 33 |
Nitrógeno proteico | 2, 30-2, 87 |
| |
Contenido Proteico | 14, 0-18, 0 |
Aminoácidos libres | 7-9 |
| |
Humedad | 70-74 |
pH | 5, 4 |
Densidad (Kg/I) | 1, 08-1, 11 |
Materia orgánica | 24, 3-28, 2 |
Cenizas | 1, 6-2, 0 |
Ejemplo de capacidad bioestimulante acortando tiempos de floración e incremento en el número de frutos
Utilizando como materias primas residuos de maíz de la industria del bioalcohol en la fase de fermentación y los residuos de algarroba como substrato en la fase hidrolitica (BA) , la potencia bioestimulante se ha estudiado en tomates, en invernadero con control de luz y temperatura (Licopericon pimpinellifolium) y se ha evaluado un parámetro como es la capacidad de incrementar el número de flores totales y el número total de frutos.
Se han utilizado dos controles, uno es la no bioestimulación (se utiliza sólo agua) , y otro es el uso de un bioestimulante comercial de origen animal denominado Isabion y comercializado por Syngenta.
El producto, se ha empleado en forma líquida diluida para fertirrigación resultando que su dosis óptima va de una dilución 1/500 del BA.
Los resultados muestran una gran bioestimulación de las plantas las cuales producen más flores y más frutos que en los controles sin bioestimulación (sólo con agua) y con Isabion.
Parámetros en el cultivo del tomate
Tiempo | Altura de la planta (cm) | Número de flores por planta |
(semanas) | | | | | | |
| Agua | Isabion | BA/BM | Agua | Isabion | BA/BM |
8 | Nd | Nd | Nd | 1a | - | 1a |
10 | Nd | Nd | Nd | 3a | - | 4a |
12 | Nd | Nd | Nd | 8a | - | 7a |
14 | Nd | Nd | Nd | 9ab | - | 15 |
16 | Nd | Nd | Nd | 9ab | 2a | 32b |
18 | 53.7a\dagger | 69.5ab | 83.8b | 9ab | 16ab | 33b |
Tiempo | Número de frutos por planta | | | |
(semanas) | | | | | | |
| Agua | Isabion | BA/M | | | |
8 | - | - | - | | | |
10 | - | - | - | | | |
12 | 1a | - | 1a | | | |
14 | 1a | - | 1a | | | |
16 | 2a | - | 4a | | | |
18 | 3a | 1a | 15ab | | | |
Nd: No determinada |
| | | | | | |
\dagger Diferentes letras indican que son significativamente diferentes. |