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Medisan 2004;8(3):27-31

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Centro de Investigaciones de Energía Solar

Utilización de residual aviar como fuente de nutrientes en cultivos de microalgas

MsC María 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 

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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.

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;  Bartos 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

Concentración  mg/g

DE *

N total

       193,80

21,1

K

         13,20

  1,4

Mg

           4,05

  0,7

P total

         49,72

  3,2

DQO

       296,80

33,6

DBO

         48,73

  3,8

Sólidos totales

257,43 mg/L

19,9

Humedad

         73,80 %

 

                                     * Desviación estándar

 Tabla 2.  Valores promedios obtenidos en las  excretas  secas de gallina en solución al 20 %

Parámetros

Concentración  mg/g

 DE *

N total

876,24

2,2

Mg

  74,25

3,5

K

143,27

3,4

DQO

979,84

17,5

P total

733,12

0,2

  Tabla 3.  Valores promedios obtenidos en las excretas frescas de gallina en solución al 20 %

 

Parámetros

Concentración  mg/g

DE *

N total

  973,23

11,6

K

    68,46

  6,1

Mg

    21,04

  3,6

P total

  259,43

14,2

DQO

  151,48

14,5

DBO5

  255,73

23,3

Sólidos totales

1 330,61

82,0

 Tabla 4.  Valores promedios obtenidos en el sobrenadante  del tanque de succión de la planta de biogás

 

Parámetros

Tk planta de biogás

 DE *

N total

344,98

13,4

Mg

  43,89

  2,2

K

133,85

63,8

DQO

438,45

26,9

P total

538,41

  4,9

 Tabla 5.  Composición bromatológica de la biomasa obtenida con residual aviar y miel final como fuente de carburo 

Residual aviar

Proteína

Grasa

Carbohidratos

Cenizas

Clorofila a

Clorofila b

Fibras

39,8 %

6,4 %

36,22 %

5,27 %

0,87 %

0,27 %

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, 1985:100-15.

6.       Ford J, William RA.  Microalgae as food and supplement.  Crit Rev Food Sci Nutr 1991;30(6):555-73.

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 María Magadalena Quintana Cabrales. Centro de Investigaciones de Energía Solar, Micro 3, Reparto Abel Santamaría, Santiago de Cuba      CP 90100


1Licenciada en Ciencias Químicas. Máster en Biotecnología e Investigadora Agregada
2 Licenciado en Ciencias Químicas. profesor Auxiliar

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].

 

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