Revista icidca vol 45 no2 2011

Síntesis de nuevos materiales para el desarrollo de sistemas deliberación controlada. Synthesis of new materials for the deve-lopment of controlled release systems

Liván Alba-Gutierrez, Adolfo Brown-Gómez, Yeily Seruto-Milá,Mercedes Guerra-Rodríguez, Milaydis Reina-Hernández

Deborah Crespo-Zayas, Gretel Mieres-Balmaceda, Jorge L. García-González, Arelys Rodríguez-Padrón

Obtención y generalización del empleo de una fitohormonasíntetica para aumentar el rendimiento del tomate y otros fru-tos. Production and generalization of the use of a syntheticphytohormone to improve the yield of tomatoes and other fruits

Laura Lamí-Izquierdo, Mercedes Díaz-Luzbet, Carlos García-Bassa,Mayrelys Mesa-Jardín, Melba Cabrera-Lejarti, María N. Lores-

Nápoles, Deborah Crespo-Zayas, Amaury Álvarez-Delgado

Impacto ambiental de la producción de agro-combustibles.Environmental impact of agro-fuel production

Miguel A. Otero-Rambla, Evelyn Faife-Pérez, Amaury Álvarez-Delgado

Estrategia para la implementación de un sistema de gestión dela calidad para la producción de FITOMAS. Strategy for theimplementation of a quality management system for the pro-duction of FITOMAS

Tania García-Martínez

Producción sostenible de alimento animal a partir de la cañade azúcar. Sugar cane for sustainable production of animal feed

José Villar-Delgado, Ramón Montano-Martínez

Aplicación del modelo de Weibull para la inactivación porcalor de la Pseudomonas aeruginosa a diferentes temperatu-ras. Application of Weibull model for heat inactivation ofPseudomonas aeruginosa at different temperature

Gloria Bueno-García, María Elena Díaz de Villegas-Díaz de Villegas,Gisela de Armas-García, Esmérida Torres-Castañeda,

Maribel Saura-Moncisbaez

Obtención de celulosa esférica, carboximetilación, entrecruza-miento e inmovilización de monoamino ciclodextrina.Obtainment of spherical cellulose, carboxymethylation, cross-linking and monoamine-cyclodextrin immobilization

Yelenys Hernández-Corvo. Vivian León-Fernández, Alex Fragoso-Sierra, Isis Menendezcuesta-Mirabal,

Eduardo Bordallo-López

Estudio del consumo de ácidos en el ajuste de pH en diferentesmedios de fermentación alcohólica. Study of the acid con-sumption on the pH adjustment, in different broths for ethanolfermentation

Lixis Rojas-Sariol, Yaniris Lorenzo-Acosta, Fidel Domenech-López

ÍNDICE/CONTENTS

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ICIDCA 45 (2) 2011 3

Liván Alba-Gutierrez, Adolfo Brown-Gómez, Yeily Seruto-Milá, Mercedes Guerra-Rodríguez, Milaydis Reina-Hernández,

Deborah Crespo-Zayas, Gretel Mieres-Balmaceda, Jorge L. García-González, Arelys Rodríguez-Padrón

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarVía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

[email protected]

RESUMEN

El estudio abarcó la síntesis y caracterización de materiales con potencialidades para suempleo en sistemas de liberación controlada (SLC) para el sector agrícola, incorporandoderivados de la agroindustria azucarera cubana como celulosa microcristalina, acetatode celulosa y dextrana. Se utilizó una técnica de síntesis no convencional por medio dela irradiación ultrasónica que permitió la obtención de poliuretanos poco solubles enagua y en disolventes orgánicos como: dimetilsulfóxido, dimetilformamida, etanol y ace-tato de etilo. Estas características, favorecen su utilización como SLC en medio acuosoalcanzándose capacidad de liberación de urea durante un periodo de 724 horas.

Palabras clave: sistema de liberación controlada, celulosa microcristalina, acetato decelulosa, dextrana, irradiación ultrasónica

ABSTRACT

The study included the synthesis and characterization of materials with potentialities fortheir use in systems of controlled release (SLC) for agricultural sector, incorporatingcuban sugarcane-industry by products as microcrystalline cellulose, cellulose acetateand dextran. A non-conventional synthesis technique was used throughout the ultrasonicirradiation which allowed to obtain low water and organic dissolvents solubility polyure-thanes, such as:.dimethylsulfoxide, dimethylformamide, ethanol, and ethyl acetate. Suchcharacteristics favor its use as SLC in an aquous media achieving a release capacity ofurea for a 724 hour period.

Key words: systems of controlled release, microcrystalline cellulose, cellulose acetate,dextran.

INTRODUCCIÓN

Los polisacáridos naturales son com-puestos macromoleculares que están forma-dos por cientos e incluso miles de unidadesde monosacáridos. Estas unidades estánenlazadas entre sí, por enlaces glicosídicosque se pueden hidrolizar y liberar los mono-sacáridos que le han dado origen. Se pue-den clasificar en heteropolisacáridos yhomopolisacáridos en dependencia de lacantidad de monosacáridos que se obtengana partir de la hidrólisis, dos o más en el pri-mero y uno solo en el segundo.

Los estudios previos sobre sistemas deliberación controlada (SLC), formadores depelículas y biomateriales demuestran laspotencialidades de los polisacáridos natura-les en el desarrollo de sistemas de libera-ción, partiendo de la síntesis controlada y eluso de métodos novedosos para su obten-ción (1-4).

En la actualidad, la búsqueda de mate-riales biodegradables entre los derivados dela caña de azúcar, hace de la celulosa unaalternativa relativamente barata para laobtención de polímeros con propiedadescomo formadores de películas y otras apli-caciones (5-8).

La celulosa pura clasifica dentro de loshomopolisacáridos del tipo glucosano y estácompuesta por unidades de D-Glucosa enforma piranosa, unidas por enlaces -glicosí-dicos (C1-C4), esto garantiza que contengagrupos hidroxílicos libres en las posiciones2, 3 y 6 del anillo, su variante, en forma deacetato de celulosa (AC) que involucra unaestructura similar pero con acetilación par-cial de algunos grupos hidroxilo, limita sureactividad respecto a la celulosa microcris-talina (CMC), derivado de bajo peso mole-cular obtenido de la α-celulosa depolimeri-zada.

Se desarrolló un estudio comparativoentre SLC preparados a partir de poliureta-nos, uno derivado de CMC con toluendiiso-cianato (TDI), anteriormente reportado (9)y un nuevo material sintetizado de AC yTDI con el objetivo de evaluar las modifica-ciones en las propiedades de liberación deurea a partir de estas variantes. Para lograr-lo, se utilizó síntesis no convencional porirradiación ultrasónica.

Se utilizó además de los derivados decelulosa con TDI, un glucosano derivado de

dextrana, que a diferencia de la celulosa seencuentra formado principalmente porenlaces α (1,6). Este material fue modifica-do por reacción con TDI atendiendo almismo propósito, la comparación de la libe-ración de urea a partir de diferentes poliu-retanos obtenidos con materiales derivadosde polímeros naturales de glucosa.

El objetivo del presente trabajo es desa-rrollar sistemas de liberación controlada,revalorizando derivados de la agroindustriaazucarera cubana en la obtención de poliu-retanos para su posible uso en la agricultu-ra, demostrando la eficiencia del método desíntesis empleado y utilizando como princi-pio activo la urea para evaluar su liberaciónen medios que simulan las condiciones deacidez de algunos de los suelos cubanos.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se emplearon como matrices poliméri-cas en este trabajo: celulosa microcristalinaobtenida en la Unidad de Investigación-Producción de la Celulosa del Bagazo (Cuba9), acetato de celulosa de la British DrugHouse, VWR International, UK y dextranatécnica de producción nacional,

Otros reactivos: urea (grado técnico),toluidendiisocianato (Merck GmbH, RFA),hidróxido de sodio (Fluka AB, Heidelberg,RFA), dimetilsulfóxido (Fluka AB,Heidelberg, RFA)

Síntesis de los materiales

Se utilizaron como método de síntesis lairradiación ultrasónica en baño ultrasónicoElma Transsonic T 460/H frecuencia 35 kHzy la vía clásica con agitador mecánicoHeidolph RZR 2020.

La celulosa microcristalina (CMC) semezcló con dimetilsulfóxido (DMSO) hastalograr hinchamiento y se llevó hasta tempe-ratura de 75 °C. Posteriormente se añadiótoluidendiisocianato (TDI) en proporción de1,5 mL por cada 2 g de CMC y se dejó reac-cionar durante 4 horas (9).

Para la obtención de PU de acetato decelulosa se mezcló AC con DMSO hastacubrir toda la masa reaccionante. Una vezalcanzados los 75 °C, se añade el TDI (1,5mL por cada gramo de AC) y se dejó reac-cionar durante 4 horas.

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Se pesaron 2 g de dextrana, se añadió 15ml de DMSO en baño ultrasónico a 60 °C. Seañadió 0,25ml de TDI y se dejó reaccionardurante 4 horas.

Espectroscopía FTIR

Se utilizó un equipo Vector 22 (Bruker)Software: Opus NT, ATR, rango 4000-600 cm-1,resolución 4 cm-1 con 600 scans contra aire.

Preparación de los Sistemas de LiberaciónControladas (SLC)

La preparación de los SLC se realizó apartir de la obtención de sistemas matricia-les por el mezclado del polímero modifica-do en solución de DMSO con urea (5 gra-mos). A continuación, el material seco sesometió a pruebas de liberación.

El intervalo de pH seleccionado para elestudio (entre 4 y 9) corresponde a valoresextremos que abarcan el comportamiento delos suelos cubanos. Se montaron variosensayos de liberación controlada a partir dematrices modificadas. Para esto, se orienta-ron estudios cinéticos de liberación en celu-losa microcristalina modificada con TDI(CMC+TDI), acetato de celulosa modificadacon TDI (AC+TDI) y dextrana modificadacon TDI (Dx+TDI).

Las pruebas se desarrollaron a tempera-tura ambiente, tomando muestras cada 1hora hasta completar 8 horas y cada 24 horaspor un período de 30 días (724 h) con elobjetivo de estudiar el comportamiento delos sistemas y observar las fluctuaciones enla concentración de urea provocadas duran-te la liberación, al ser expuestos los sistemasa diversas condiciones. El pH 7 se tomócomo referencia para estudiar la acción de laacidez o la alcalinidad sobre el sustrato.

Las pruebas de solubilidad se realizarontomando 0,5 g de polímero modificado en 5mL de disolvente a temperatura ambiente ytambién a reflujo en balones equipados concondensadores.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los materiales de partida son de natura-leza química equivalentes por tratarse de bio-polímeros derivados de la glucosa. Sinembargo, conducen a la formación de matri-

ces con propiedades diferentes debido al tipode enlace y derivatización que presentan.

Síntesis de PU a partir de CMC por reac-ción con TDI

La síntesis de poliuretanos (PU) a partirde celulosa microcristalina ha sido discuti-da en un trabajo anterior (9) por lo que sólose analizará el uso de este material en lapreparación de SLC.

Las películas obtenidas a partir de estematerial son poco flexibles y su coloraciónvaría con el tiempo llegando a oscurecersepor efecto de la luz.

Síntesis de PU a partir de AC por reaccióncon TDI

Los resultados obtenidos con esta modi-ficación fueron polímeros formadores depelícula que se extendieron sobre unasuperficie lisa, resultando materiales flexi-bles, transparentes e incoloros, solublesmoderadamente en acetona, dimetilforma-mida, etanol y DMSO a temperaturaambiente. No obstante se observaron venta-jas respecto a las obtenidas con CMC+TDI,debido a que las obtenidas a partir deAC+TDI son más estables respecto a carac-terísticas deseadas como la flexibilidad ycoloración.

Este resultado puede estar relacionadocon la presencia de grupos acetilo en lamolécula de glucosa, lo que limita su capa-cidad de entrecruzamiento y conduce a laobtención de materiales con mejores pro-piedades para la formación de películas encomparación con CMC.

En la tabla 1 se reportan los resultadosobtenidos para las pruebas de solubilidadrealizadas en los productos de AC+TDI.

Las solubilidades no se vieron notable-mente afectadas al trabajar a la temperaturade reflujo de los disolventes indicados, solose han reportado los resultados generales deeste estudio.

Síntesis de PU a partir de dextrana con TDI

Los polímeros obtenidos a partir de dex-trana no exhiben buenas propiedades parala formación de películas, pues rinden sóli-dos amorfos que al secar presentan texturade polvo fino y al ser sometidos a pruebas

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de solubilidad con los disolventesensayados para el acetato de celu-losa, incorporan el mismo sindisolverse, facilitando la inclusiónde sustancias en su estructura y suconsiguiente liberación.

Las diferencias obtenidas pue-den atribuirse a que la dextrana es unhomopolisacárido del tipo glucosano aligual que el acetato de celulosa pero seencuentra principalmente formada porenlaces de D-Glucosa α (1,6) y la celulosa(del CMC y AC) por unidades de D-Glucosapero unidas por enlaces β-glicosídicos (1,4)lo que conlleva a una estereoquímica dife-rente para ambos homopolímeros y almayor grado de porosidad que tienen losderivados de dextrana respecto a los decelulosa.

Es conveniente señalar que la escasasolubilidad de los polímeros modifica-dos obtenidos a partir de derivados decelulosa como de dextrana en los disol-ventes de ensayo, es en nuestro caso unacondición deseable pues permite su usoen SLC, de otra forma el material sedisolvería y no sería factible la obten-ción de comportamientos de acción pro-longada.

Caracterización por EspectroscopíaInfrarroja (FTIR) de derivados de AC y dex-trana

Los grupos funcionales asociados a lareacción de formación de uretanos de lareacción del AC y dextrana con TDI pue-den asignarse para el caso del NH ureta-no alrededor de los 3380 cm-1 , así comouna señal correspondiente a la banda devibración del grupo C-N en 1235 cm-1.

Las señales aromáticas se observaronentre 1436 y 1407 cm-1, el carbonilo deuretano alrededor de 1700 cm-1. La pre-sencia de las señales de los grupos funda-mentales (grupos uretano y aromático)permiten verificar la transformación delos grupos -OH de la glucosa (de los polí-meros de acetato de celulosa y dextrana)en uretano (NHCOO). Los resultados seaprecian en la tabla 2.

Estudio de la cinética de liberación en lossistemas formulados

Se llevaron a cabo ensayos de liberacióncontrolada a partir de las matrices modifica-das, orientándose los estudios cinéticos deliberación en celulosa microcristalina modi-ficada con TDI (CMC+TDI), acetato de celu-losa modificada con TDI (AC+TDI) y dex-trana modificada con TDI (Dx+TDI).

Las pruebas se desarrollaron a tempera-tura ambiente, tomando muestras cada 24horas por períodos desde 14 hasta 30 días(336 a 724 h) con el objetivo de estudiar elcomportamiento de los sistemas y observarlas fluctuaciones en la concentración deurea provocadas durante la liberación, al serexpuestos los sistemas a diversos valores deacidez, a pH 4, 7 y 9, simulando posiblesvalores extremos en los suelos. El pH 7 setomó como referencia.

Cinética de liberación de urea en AC+TDI

Se estudiaron en los pH anteriores, losperfiles de liberación de urea por un perío-do de 30 días (724 horas). Tiempos mayoresno se tomaron en cuenta porque las concen-traciones liberadas mostraron una caídabrusca correspondiente a la posible degra-dación del sistema. En las figuras 1, 2 y 3 seobservan los perfiles de liberación de estesistema.

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Tabla 1. Solubilidad de los PU obtenidos con acetato de celulosa

Disolvente AC+TDI Acetona Poco soluble Acetato de etilo Poco soluble DMF Poco soluble Etanol Poco soluble DMSO Poco Soluble Agua No soluble

Tabla 2. Señales características de los grupos funcionales asignados por FTIR de los derivados de AC y dextrana por reacción con TDI

Grupos -NH -Ar C-N CO (uretano)

(cm-1 ) 3380 1435-1407 1235 1700

Las curvas demuestran que con pH 7(referencia) y 9 se produce una menor ymayor liberación de urea, respectivamente.Este comportamiento es posible atribuirlo ala acción que ejerce el pH alcalino sobre losgrupos acetato y uretano del poliuretano deAC+TDI.

Cinética de liberación de urea enCMC+TDI

El comportamiento de esta matriz en agua,liberó a pH 4; 7 y 9 por espacio de 14 días (336horas), demostrando en este intervalo su posi-ble uso como SLC (figuras 4, 5 y 6).

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Figura 1. Liberación a pH 7 Urea en AC+TDI (724 h)

Figura 2. Liberación a pH 4Urea en AC+TDI (724 h)

Figura 3. Liberación a pH 9 Urea en AC+TDI (724 h)

Figura 4. Liberación a pH 7Urea en CMC + TDI (336 h)



Los estudios de cinética de liberacióncontrolada demostraron que las fluctuacio-nes de concentración en CMC modificadacon TDI a los pH analizados, permiten unaliberación de urea de manera lenta, pero seproduce un cambio en el material a las 336horas (14 días) modificando sus propieda-des y detectándose una caída brusca en sucomportamiento como SLC por lo cual losvalores posteriores a este lapso no se consi-deraron.

Los diferentes perfiles de liberaciónobtenidos tanto para la AC+TDI como parala CMC+TDI muestran para el caso del pH7 una liberación de urea más irregular pro-duciéndose una fuerte caída en los valorespara luego oscilar de manera irregular conel tiempo, a valores de pH 4 y 9 el compor-tamiento es similar a sistemas de liberacióncontrolada con caídas más suaves.

Este comportamiento pudiera ser atribui-do a la estructura de los materiales, a pH 7poseen un comportamiento atribuible alhinchamiento, mostrando caídas bruscasrelacionadas con una rápida liberación; avalores de pH tanto ácidos como alcalinos elcomportamiento tanto del AC como de laCMC modificadas con TDI muestran curvasescalonadas decrecientes más suaves, posi-blemente relacionadas con diferencias en elhinchamiento y a la degradación de los gru-pos acetato y uretano (-OCONH-) ya que ladestrucción de éstos producen cambios enla estructura reticular de los polímeros puesson sensibles tanto al medio ácido comoalcalino induciendo la modificación de laestructura molecular y un cambio en sucomportamiento por la alteración conforma-cional de las cadenas poliméricas que ter-mina con la degradación de éstas.

Cinéticas de liberación de urea enDextrana + TDI

Se estudió la liberación por espacio de30 días, mostrando sus potencialidades paraestos fines (figuras 7, 8 y 9). Como puedeobservarse, los perfiles de liberación permi-ten también suponer que la dextrana modi-ficada con TDI (Dx+TDI) es un polímerorelativamente estable que manifiesta unadegradación similar a los derivados de ace-tato de celulosa cuando se somete a pH áci-dos y alcalinos en los rangos analizados.

También se observan diferencias en lascurvas de liberación de urea en función delpH, pero en la dextrana esta dependenciaparece menos marcada que en el resto de lasmatrices estudiadas.

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Figura 7. Liberación de urea a pH 7Dextrana + TDI (724 h)

Figura 8. Liberación de urea a pH 4Dextrana + TDI (724 h)

Figura 9. Liberación de urea pH 9Dextrana + TDI (724 h)

Podemos atribuir este comportamientocomo en los casos anteriores a las diferen-cias en la configuración molecular; en estecaso la dextrana posee enlaces α entre C1-C6 comparada con la estructura β C1-C4 dela celulosa; la estereoquímica de las cade-nas poliméricas parece influir en el com-portamiento de la liberación de urea en losensayos realizados y aunque la dextranamodificada también posee grupos uretanosensibles al medio ácido y alcalino, lasdiferencias estructurales parecen afectarsignificativamente su comportamientocomo SLC.

CONCLUSIONES

• Se logró la síntesis de nuevos materialesa partir de acetato de celulosa y dextranapor modificación con TDI.

• Los mayores tiempos de liberación deurea se lograron a partir del estudio delos sistemas obtenidos con AC+TDI ydextrana modificada.

• La dextrana modificada demostró unamejor estabilidad en la liberación antelos cambios de pH.

• Los resultados con CMC mostraron unsistema que modula adecuadamente laliberación de urea, pero los tiempos obte-nidos son menores que los otros sistemasensayados.

RECOMENDACIONES

• Extender los estudios de liberación aensayos en masetas.

• Realizar en los sistemas estudiados,ensayos de liberación de fósforo, potasioy moléculas biocidas.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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3. Timothy, J.M. Ultrasound in syntheticorganic chemistry. Chemical SocietyReviews, 26: pp. 443-451, 1997.

4. Kennedy, R.. Pectin and related carbohy-drates for the preparation of polyuretha-nes foams. Sugar Industry Abstract 48(2):p. 80, 1986.

5. Ajioka, M.; Enomoto, T.; Tamaguchi , T.;Shinoda, N. Biodegradable polymer com-position. Patente: JP5039381. China.Febrero, 1993.

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9. Alba, L.; Brown, A.; García, J.L.; Rodríguez,A.; Reina, M. Métodos de síntesis para laobtención de poliuretanos de celulosa.ICIDCA sobre los derivados de la caña deazúcar (La Habana) 43(1): pp. 27-32, 2009.

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Laura Lamí-Izquierdo, Mercedes Díaz-Luzbet, Carlos García-Bassa, Mayrelys Mesa-Jardín, Melba Cabrera-Lejarti,

María N. Lores-Nápoles, Deborah Crespo-Zayas , Amaury Álvarez-Delgado


[email protected]

*Instituto Nacional de Investigaciones de la Agricultura Tropical (INIFAT)Santiago de las Vegas, La Habana, Cuba

RESUMEN

El 4-cloro fenoxiacético (4-CPA) es un producto de acción fisiológica, ejerce una acciónpositiva sobre el tomate, la piña, la berenjena y otros frutos, cuando es empleado a con-centraciones bajas. Es suministrado por diferentes firmas y muy utilizado en cultivos pro-tegidos como inductor y favorecedor del cuajado del tomate. Considerando el precio deventa de los productos comerciales, la producción del 4-CPA es un proceso rentable, si setiene en cuenta que por cada kilogramo del principio activo, es posible preparar más de700 L del formulado Tomaticid. El ICIDCA posee las instalaciones necesarias para asu-mir la producción de la demanda nacional y cuenta con la tecnología, los estudios deresidualidad y formulación para la elaboración del mismo. Adicionalmente, posee losavales de empleo, efectividad y ventajas sobre otros productos similares. El productoobtenido está inscrito, desde el 2005 en el Registro Central de Plaguicidas de la Repúblicade Cuba, y se evaluó biológicamente sobre plantaciones de tomate, ají, pepino y otroscultivos, en el Instituto Nacional de Investigaciones de la Agricultura Tropical (INIFAT) yen cultivos protegidos y a campos abiertos en otras instituciones.

Palabras clave: fitohormonas sintéticas, acción fisiológica, 4-Cloro fenoxiacético, agro-químicos.

ABSTRACT

El 4-Chlorine phenoxiacetic acid PA is a product with a positive physiological action , intomatoes, pineapples, aubergines and other fruits, when it is applied in lower concentra-tions. It is supplied by different firms and used in greenhouse cultivars as ripening indu-cer in tomatoes. Taking into account it selling price the production of 4-CPA is a feasible

INTRODUCCIÓN

El tomate es una de las hortalizas demayor consumo en el mundo, pero su pro-ducción presenta una serie de dificultadesen países tropicales donde predominanaltas temperaturas, humedad, elevadaradiación solar y fuertes precipitaciones.

Una de las características que se pre-senta en este cultivo durante los meses deverano, debido a las altas temperaturas, esla pobre o ninguna producción de polen porlo que se hace necesario la utilización defitohormonas o compuestos químicos sinté-ticos de estructuras similares, a través de lascuales se puede conseguir el cuajado delfruto cuando la polinización o la fecunda-ción no son espontáneas (1, 2).

Debido a la necesidad de encontrar méto-dos más eficientes que permitan lograr mayorproductividad por cosecha se emplean dife-rentes tipos de agroquímicos entre los quese encuentra el 4-CPA (producto de acciónfisiológica) fitohormona sintética inductoray favorecedora del cuajado del tomate yotros frutos.

El grupo más importante de los produc-tos de acción fisiológica son los fenoxiacéti-cos, ya que en muchas aplicaciones hansustituido al ácido naftalenacético (ANA) yácido indolacético (AIA) por sus ocasiona-les resultados irregulares (3).

El 4-CPA se emplea para inducir el cuajadode frutos en distintas variedades de manzano,piña de América, cítricos, fresa y tomate. Escomercializado por la firma española ETISA,con el nombre comercial de "Tomatone", muyutilizado en cultivos protegidos como produc-

to de acción fisiológica, inductor y favorecedordel cuajado del tomate.

En el ICIDCA se produjo y formuló elprincipio activo de esta fitohormona por tec-nología inversa, con nombre "Tomaticid" apartir de una vía sencilla y económica. Estese evaluó biológicamente sobre plantacionesde tomate en túneles y casas de cultivodonde se encontró mayor productividad quecon el producto comercial español y otrossimilares. También se evaluó en cultivos detomate, ají, pimiento, pepino, berenjena, fri-jol y otros, a campo abierto (4-7).


El Tomaticid, de fórmula molecularC8H7ClO3 se obtiene en forma de cristalesincoloros con punto de fusión de 157-158 ºC,y se puede formular como concentradosoluble, aerosol y tabletas. Actúa comoregulador del crecimiento de las plantas ypermite obtener una elevada fructificaciónde los ramilletes del tomate, al mismo tiem-po que provoca un adelanto en la madura-ción de los frutos.

Su estructura química es:

Tecnología de producción

En un reactor con agitación y control detemperatura se adicionaron 0,100 kg de

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process if it is considered that every kg of active compound yields more than 700 L ofTomaticid formulate. ICIDCA has the installations needed to asume the production tomeet national demand and in addition counts with the appropriate technology, waste dis-posal studies and formulation for the ellaboration of Tomaticid. On the other hand, ithas the technical documentation about its application, effectiveness and advantages ofthis products over other similar products. This product was inscribed in the CentralPlaguicides Record Office in 2005 and biologically evaluated on tomatoes, red pepperand cucumber among others, at INIFAT and other institutions in greenhouses and openfields.

Key words: synthetic fitohormones, physiological action, 4-chlorine-phenoxy-acetic acid,agrochemicals.

Cl OCH2CO2H

NaOH disueltos en 0,375 L de H2O, poste-riormente se añadieron lentamente 0,322 kgde p-clorofenol previamente fundido a unatemperatura de 50-55 ºC. A continuación seagregó una solución acuosa de 0,436 kg demonocloroacetato de sodio disueltos en0,117 L de H2O entre 90-95 ºC y se agitódurante 2 horas a esta temperatura, se aci-duló con HCl al 10% hasta pH 2, el produc-to obtenido se separó de la mezcla de reac-ción por filtración y se secó a la atmósfera.Rendimiento: 80% (8).

Caracterización químico-físicaEl producto obtenido se caracterizó por

sus propiedades químico-físicas, mediante elempleo de técnicas de análisis deCromatografía de Placa Delgada utilizándoSilica Gel G como fase estacionaria y unamezcla de benceno-etanol (9:1) como sistemade solventes por, la determinación de tempe-ratura de fusión en equipo Buchi # 535 y porlas espectroscopías de ResonanciaMagnética Nuclear de RMN´H en DMSO-d6como solvente a frecuencia de 200 MHz enun equipo Bruker AC-300 y de 13C en equi-po Varian XL-de 75 MHz en DMSO-d6.

Nueva formulaciónSe trabajó en nuevas formulaciones del

producto y se obtuvo un concentrado desolubles (1 L) para la formulación de 10 L deTomaticid al 0,14%, lo que facilita el trabajoy ahorra tiempo en la producción de gran-des cantidades del producto.

Técnica empleadaEn un reactor de 10 L se disolvieron

0,300 kg de NaOH en 2 L de agua. Se aña-den con agitación vigorosa, cantidades este-quiométricas del 4-CPA en pequeñas pro-porciones. Una vez alcanzada la formaciónde la sal sódica de todo el principio activo(pH 7), se añaden 8 L más de agua y se agitaa temperatura ambiente hasta lograr lahomogenización. El resultado obtenido esun concentrado con capacidad para la pre-paración de 100 L de Tomaticid.

Evaluaciones biológicasEl Tomaticid, se evaluó en tres casas de

cultivo de la firma Pomodoro Cubano, utili-zando como patrón de comparación la fito-hormona comercial "Tomatone" y plantassin tratar como testigos.

El producto a evaluar se asperjó sobrelas flores de los ramilletes en dosis de 6ml/L dos veces por semana de 7:00 a 10:00am, cuando la planta comenzó a florecer(después de los 20-25 días de trasplantada).Luego de una semana comenzaron a apare-cer los frutos. Entonces se realizó unasegunda aplicación del producto a la dosisde 10ml/L en las flores nuevas.

Las evaluaciones del comportamientodel Tomaticid, en comparación con el pro-ducto comercial Hormaton (Israel), se desa-rrollaron en el INIFAT y en áreas de laGranja Experimental Liliana Dimitrova deProvincia Habana, sobre sustrato conforma-do por suelo ferralítico rojo y materia orgá-nica y donde las variedades utilizadas fue-ron: Truhart L-27A y Truhart L-28, que tie-nen buena respuesta frente a factores abióti-cos.

Los tratamientos experimentales a seguirfueron diferentes. Para el caso de la varie-dad Truhart L-28 las plantas se separaron entres grupos: • Sin aplicación (control).• Aplicación en las flores. • Aplicación en toda la planta.

Las plantas de la variedad Truhart L-27Ase dividieron en dos tratamientos:• Sin aplicación (control).• Aplicación en toda la planta.

El Tomaticid se aplicó en una dosis de10ml/L dos veces a la semana.

Se marcaron 8 plantas por cada grupo yse evaluó semanalmente la altura de lasmismas. Se realizó un monitoreo de cadaetapa del ciclo reproductivo del cultivo y secomenzó con la aplicación del productoTomaticid al aparecer los primeros brotesflorales, en abril. Al iniciarse la apertura delas flores, se realizó el conteo de las mismasasí como de los frutos, al final se evaluó elnúmero de frutos y peso de los mismos, quese realizó durante todo el ciclo del cultivo.

El análisis estadístico se realizó a travésde la prueba de t (Student).


Los análisis del producto por cromato-grafía de placa delgada (CPD) mostraron la

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presencia de una mancha única en forma deestera, comportamiento propio de los áci-dos, y que correspondió al producto comer-cial tomado como patrón, sin la apariciónde las materias primas de partidas.

La temperatura de fusión del productoobtenido (157-158 °C) coincide con la repor-tada en la literatura para el ácido p-clorofenoxiacético.

El espectro de RMN`H que se obtuvocorroboró la estructura que se esperaba, seobservó la aparición de 4 señales en dife-rentes regiones del espectro que correspon-den a los siete protones presentes. Los aro-máticos aparecieron en forma de dos doble-tes debido al acoplamiento entre los proto-nes del anillo, uno de ellos en la cercanía delos 7,1 ppm y correspondía a H5 y H3 y en6,8 ppm el de H4 y H6. En los 7,05 ppm apa-reció la señal del grupo hidroxílico y en los4,55 ppm los protones metilénicos presen-tes en la molécula.

La Resonancia Magnética de 13C confir-mó igualmente los resultados de los análisisanteriores. Se observaron señales en 67,45ppm del grupo metilénico; aromáticas entrelos 129,3 y 129,5 ppm de los C5, C3 y C7, yen 115,3 ppm de los C2 y C6 adyacentes alos átomos de Cl y O respectivamente, encampos mayores debido al enlace directocon el oxígeno del fenol en 155,45 ppmcorrespondiente al C4; y en 171,9 ppm ladel carbonilo presente en la molécula.

Evaluaciones biológicasEl Tomaticid, se evaluó en tres casas de

cultivo de la firma Pomodoro Cubano, utili-zando como patrón de comparación la fito-hormona comercial "Tomatone" y plantassin tratar como testigos.

El producto a evaluar se asperjó sobrelas flores de los ramilletes en dosis de 6ml/L dos veces por semana de 7:00 a 10:00am, cuando la planta comenzó a florecer

(después de los 20-25 días de trasplantada).Luego de una semana comenzaron a apare-cer los frutos. Entonces se realizó unasegunda aplicación del producto a la dosisde 10ml/L en las flores nuevas.

Las evaluaciones biológicas del produc-to arrojaron excelentes resultados con unaelevada fructificación de los ramilletes deflores, al mismo tiempo que indujo un ade-lanto de 8 a 12 días en la maduración. Losresultados del aumento del 10% de fructifi-cación del Tomaticid con respecto al comer-cial Tomatone utilizado como patrón, se tra-dujo en un incremento de la productividadpor cosecha de un 15 a un 20%.

Las evaluaciones del comportamientodel Tomaticid en comparación con el pro-ducto comercial Hormaton (Israel) se desa-rrollaron en el INIFAT y en áreas de laGranja Experimental Liliana Dimitrova deProvincia Habana. Estas se llevaron a cabodurante la campaña de siembra julio-marzosobre suelo ferralítico rojo compactado enun área total protegida de 5 125 m2. Se uti-lizaron cultivares comerciales de tomateshíbridos FA-179.

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Tabla 1. Resultados de los productos aplicados en la fructificación de las plantaciones de tomate

% de fructificación

Tratamiento 1 Tratamiento 2 Tratamiento 3 Testigo Tomatone

47,5 Tomaticid

52,8 Tomatone

43,87 Tomaticid

49,08 Tomatone

40,88 Tomaticid

50,78 0

Figura 1. Comparación con la hormonaHormaton (Israel) en fructificación, cuajado ymaduración del tomate

En la tabla 2 se muestra el comporta-miento de la floración-fructificación en losdiferentes tratamientos. Se evidencia queno existe diferencia significativa entre lostratamientos hormonales, para el número deflores abortadas, racimos y el rendimiento.Solo se detectaron en el número de frutosproducidos.

La tabla 3 muestra la diferencia signifi-cativa en la fructificación de los ramilletesde flores con y sin la utilización de hormo-na en condiciones climáticas de verano,adversas para el cultivo de tomate.

Es de destacar que para el caso del pro-ducto Hormaton aunque la dosis estableci-da por las firmas productoras y el númerode la aplicación es inferior dadas las carac-terísticas y propiedades químicas-toxicoló-gicas del principio activo, el precio de este

es muy superior y de importación en com-paración con el Tomaticid el que se producenacionalmente a costos muy inferiores y secuenta disponible en el mercado nacional.

Las evaluaciones del Tomaticid en plan-taciones de tomate a campo abierto se reali-zaron en dos Cooperativas de Crédito yServicios (CCS) del municipio San Migueldel Padrón, Ciudad de La Habana, en condi-ciones climáticas adversas (extrema sequía)y se observó en el área tratada un incremen-to de hasta un 30% de rendimiento porcosecha en comparación con los campos sintratar. Las figuras 2 y 3 muestran los resul-tados obtenidos.

Adicionalmente, se evaluó el productoen otros cultivos como pepino y pimiento.Donde se demostró su efectividad con resul-tados satisfactorios.

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Tabla 2. Comportamiento de la floración-fructificación en el FA-179

Tratamiento Cantidad

de racimos Cantidad de

flores abortadas Cantidad de frutos

Rendimiento kg/m2

Tomaticid 10 ml 11 31 28 3,15 Tomaticid 7 ml 12 33 34 2,95 Hormaton 2 ml 11 30 29 2,72

Tabla 3. Resultados de la fructificación de los ramilletes de flores con y sin tratamiento con las hormonas comerciales y el Tomaticid

Producto Número de frutos/ ramillete de flores Promedio

aproximado Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Tomatone 9 8 6 8 Hormaton 9 10 8 9 Tomaticid 12 11 9 11 Sin tratar 3 3 2 3

Figura 2. Plantas de tomate tratadas

Evaluación en cultivos de pimientoPreliminarmente, se hicieron algunas

evaluaciones en plantaciones de pimientosen la casa de cultivos de la EmpresaCarisombra SA., situada en ExpoCuba. Lafigura 4 muestra dos ejemplos de los frutosobtenidos con y sin tratamiento

Dado los resultados anteriores se desa-rrollaron experimentos de pimiento sobreun sustrato conformado por suelo ferralíticorojo y materia orgánica y donde las varieda-des utilizadas fueron Truhart L-27A yTruhart L-28, que tienen buena respuestafrente a factores abióticos.

En la tabla 4 se muestra el comporta-miento de la altura de las plantas, comovalores medios del número de plantas portratamiento al final del ciclo de desarrollodel cultivo. Los resultados muestran que enel caso de la variedad Truhart L-28 existendiferencias significativas entre el tratamien-to donde se aplicó el Tomaticid en la plantacompleta y el tratamiento con aplicaciónsolo en flor, así como también con el control.

En la variedad Truhart L-27A se encon-traron diferencias significativas entre el con-trol y el tratamiento en la planta completa. Eltratamiento donde se aplicó el Tomaticid a laplanta completa provocó un mayor estímuloen el crecimiento de las misma en las varie-dades de pimiento estudiadas.

En la tabla 5, se muestra el comportamien-to del número de flores producidas en las dosvariedades para los distintos tratamientos; seobserva que para ambas variedades, los mayo-

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Figura 3. Plantas de tomate sin tratar

Figura 4. Pimientos tratados a la izuierda y sintratar a la derecha

Tabla 4. Altura de plantas de variedades de pimiento para los distintos tratamientos

Altura (cm)

Tratamientos Var.Truhart

L-28 Var.Truhart

L-27A Control 47,63 b 43,88 b

Tto. flores 45,38 b ------- Tto. planta completa

53,38 a 49,88 a

res valores se encuentran en el tratamientodonde se aplicó el producto en la planta com-pleta, presentando diferencia significativa.

En la variedad Truhart L-28, donde serealizaron los tres tratamientos se observaque en este caso sí se detectaron diferenciassignificativas entre el control y los trata-mientos y entre ellos, demostrando que losdos tratamientos hormonales influyeron enel número de flores producidas.

Se analizó el número de frutos y pesopromedio por frutos para cada tratamiento.En el caso de la variedad Truhart L-28 (tabla6), se encontró que los mayores valoresresultaron ser los correspondientes al trata-miento control y al tratamiento de la aplica-ción de flores. En el tratamiento de la plan-ta completa el número de frutos superómarcadamente, al resto de los tratamientos.

Para el caso de la variedad Truhart L-27A (tabla 7) se observó que los valores depeso por fruto, para el tratamiento de laplanta completa, superan a los del trata-miento control con diferencias típicas delempleo de hormonas.

De forma general podemos decir que los tra-tamientos hormonales aplicados tuvieron un

efecto estimulante en el crecimiento y desarro-llo de las variedades de pimiento estudiadas.• En general, el comportamiento de los

índices medidos mostró que en ambasvariedades los mayores valores resulta-ron estar en las plantas donde se le apli-có el producto a la planta completa, y seobtuvieron diferencias significativas conel resto de los tratamientos.

• La aplicación del Tomaticid ejerció unefecto favorable en las variedades depimiento Truhart L-28 y Truhart L-27A.

Evaluación en cultivos de pepinoEn la tabla 8 se muestra el comporta-

miento de los índices medidos en los dife-rentes tratamientos aplicados al final delciclo de cultivo. Se observa que en todos loscasos los valores de los tratamientos son sig-nificativamente superiores a los del control.

No existe diferencia significativa entre eltratamiento donde se aplicó Tomaticid sola-mente en las flores y donde se aplicó a laplanta completa, aunque en determinadoscasos los valores de algunos de los índicesson ligeramente mayores. Se observó dife-rencia cuando las plantas alcanzaron laplena floración, evidenciándose que estetratamiento favoreció y uniformó el procesode formación de flores con respecto a losotros tratamientos.

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Tabla 5. Valores medios de flores por planta para los distintos tratamientos

No. flores promedio/planta

Tratamientos Var.Truhart L-28

Var.Truhart L-27A

Control 22 14,3 Tto. flores 17,88 ------- Tto. planta completa

27,88 18,5

Tabla 6. Valores del número de frutos y de peso/fruto para cada tratamiento de la variedad Truhart L-28

Tratamientos No. Frutos Peso/Fruto

Control 32 26,34 Tto flores 25 26,19 Tto planta completa

52 23,87

Tabla 7. Valores del número de frutos y de peso/fruto para cada tratamiento de la variedad Truhart L-27A

Tratamientos No. frutos Peso/Fruto

Control 77 22,62

Tto. planta completa

72 25,83

Tabla 8. Índices morfológicos de la variedad de pepino HXS en los distintos tratamientos

Tratamiento Altura (cm)

No. hojas

No. guías

Control 85,8 37,3 3,9

Planta completa 101,1 49,6 5,1

Flores 99,8 55,3 5,5

El número total de flores femeninas pro-ducidas por tratamiento, al igual que lasvariables antes evaluadas fue mayor conrelación al control, en los tratamientosdonde se aplicó el Tomaticid, destacándoselos valores más altos en el tratamiento enque se aplicó el Tomaticid a las flores y a laplanta completa (tabla 9).

El número total de frutos presenta elmismo comportamiento que el número deflores, al igual que la proporción de floresque se convierten en frutos. Los tratamientossuperan al testigo, se obtuvo 97,8 y 95,2%para los tratamientos planta completa y florrespectivamente y 91,6% para el control.

El análisis estadístico realizado para elnúmero promedio de flores y frutos porplanta en cada tratamiento (tabla 10), mues-tra que los mayores valores para las dosvariables medidas se presentan en los dostratamientos superando al control, que pre-senta los valores más bajos.

Los valores de las variables entre los dostratamientos no presentan comportamien-tos distintos entre sí. Sin embargo, cuandose aplicó el Tomaticid a la planta completa

se detectaron diferencias favorables respec-to al control.

Evaluación en cultivos de frijol negroTambién se realizó una evaluación expe-

rimental sobre un sembrado de frijol negrovariedad Cuba Cueta-9, en un suelo humitocalcimórfico de la CCS Niceto Pérez, de SanMiguel del Padrón, La Habana, lográndoseresultados altamente significativos. Se colec-taron 30 vainas promedio por planta tratada,en comparación con 18 en el cultivo sin tra-tar tomado como testigo, lo que significó unaumento del 40% de la productividad.

PRÁCTICA SOCIO-ECONÓMICA

El Tomaticid es un producto que seemplea a muy bajas concentraciones, por loque se enmarca en la escala de pequeña pro-ducción y no se requieren grandes instala-ciones pra su elaboración. El ICIDCA poseefacilidades que se adecuan a los volúmenesde producción, y podría satisfacer lademanda nacional de este producto.

La extensión del empleo y la introduc-ción en la práctica social del producto, endiferentes entidades agrícolas está respalda-da por la venta de numerosos lotes a organis-mos y firmas para las que se suministraronmuestras de promoción y posteriormente sehan comercializado en un elevado númerode agrupaciones y empresas agrícolas.

El producto posee marca registrada conel Certificado No. 2000-1740, Resolución961//2002, e inscrito en el Tomo 4, Folio 995del Registro Central de Plaguicidas de laRepública de Cuba.

CONCLUSIONES

1. Se logró una tecnología de produccióndel ácido p-cloro fenoxiacético (4-CPA)con altos rendimientos y nivel de pureza.

2. Las evaluaciones del 4-CPA obtenido porel ICIDCA en plantaciones de tomate,arrojaron excelentes resultados, mostran-do diferencias significativas (aumento dela productividad y fructificación) con losproductos comerciales utilizados en lascasas de cultivo y a campo abierto.

3. Se demuestra la factibilidad de produc-ción nacional del 4-CPA lo que arrojaría

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Tabla 9. Floración y fructificación de la variedad HXS en los distintos tratamientos

No. total de

flores femeninas

No. total de frutos

Porcentaje

Control 36 33 91,6

Tto. planta

completa 46 45 97,8

Tto. flores 42 40 95,2

Tabla 10. Valores medios de flores y frutos por planta en los distintos tratamientos

Tratamiento No. flores promedio/

planta

No. frutos promedio/planta

Control 4,50 4,13b

Planta completa 5,75 5,63

Flores 5,25 5,00

beneficios considerables por concepto desustitución de importaciones y aumentode los rendimientos por cosecha.


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Figura 5. Extensión del empleo del Tomaticid en Cuba

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Miguel A. Otero-Rambla, Evelyn Faife-Pérez, Amaury Álvarez-Delgado


[email protected]

RESUMEN

Se analiza el aporte de sectores como la agricultura desarrollada y el transporte al con-sumo de energía en la actualidad. Los fertilizantes, la ganadería y el cultivo del arrozson los consumidores más importantes de energía fósil y a su vez los que aportan másemisiones. Una buena parte de la humanidad cifra sus esperanzas en el efecto positivode los biocombustibles y otras fuentes renovables de energía sobre el cambio climático.Esta producción, sin embargo, tiene un indiscutible impacto ambiental negativo.Se enfoca desde el punto de vista termodinámico la sostenibilidad de la producción delos biocombustibles y se demuestra que todo proceso económico convierte las fuentes debaja entropía en desechos. Se estudia en detalle el consumo de energía fósil de la pro-ducción de bioetanol de maíz y caña de azúcar así como su residualidad. Se presentanalgunos aspectos de la producción de biodiesel y las perspectivas de producirlos a partirde microorganismos oleaginosos que no compiten por las tierras de producción de ali-mentos.

Palabras clave: agro-combustibles, microorganismos oleaginosos, impacto ambiental,cambio climático, emisiones de gases.

ABSTRACT

The contribution to the energy consumption in sectors as developed agriculture andtransportation present day is analyzed. The most important consumers of fossil fuelstoday are fertilizers, cattle rear and rice crops which at the same time are the most impor-tant sources of greenhouse gases emission (GGE). An important part of mankind put theirhopes in the positive effect of agrofuels and other renewable sources of energy on clima-tic change. Nevertheless, these productions have an unquestionable negative environ-mental impact.

INTRODUCCIÓN

La ecuación energéticaMuchos expertos consideran que los

mayores depósitos de energía descansan enla reducción de su consumo a escala plane-taria (1). La agricultura desarrollada es unaalta consumidora de energía (básicamentede fuentes fósiles) para producir fertilizan-tes, agroquímicos y la operación de toda lamaquinaria que se emplea en las laboresagrícolas (2).

A pesar de estos gastos energéticos, elsector agrícola, sin embargo, consume soloel 25% de la energía para llevar el alimentoa nuestras mesas, el resto se gasta durante lacadena de: procesamiento, empaque, conge-lación, cocción y transportación. Así, se gas-tan en los países industrializados no menosde 15 cal. para producir y poner en la mesadel consumidor una caloría de alimento (2).El transporte global contribuye en el 14% ala emisión de gases de efecto invernadero(GEI). No obstante, la agricultura como tal,aporta una cantidad similar sin tomar encuenta el desmonte de tierras y el cambio decultivos. No es de extrañar entonces, que laagricultura intensiva o desarrollada, sea unfactor clave tras el calentamiento global.Dentro de los consumidores más importan-tes de energía fósil en la agricultura indus-trializada se encuentran los fertilizantes (3).Esta es la fuente simple mayor de GEI de laagricultura, seguido por las ganadería (emi-sión de metano por la digestión anaeróbicade los rumiantes) y el cultivo del arroz (ane-gación de tierras, emisión de metano). Porotra parte, las grandes cantidades de nitró-geno que atraen las plantaciones o que sedepositan artificialmente en el suelo, son

posteriormente emitidas a la atmósfera, enalguna medida, como óxido nitroso (unas298 veces mayor que el efecto invernaderodel CO2) (4).

Energía y medio ambienteLos enormes gastos energéticos que

demandan nuestro modelo civilizatorio con-ducen al calentamiento global y los cambiosclimáticos que vemos hoy por doquier (5).

Una buena parte de la humanidad esperahoy un efecto positivo de los agro-combusti-bles y otras fuentes renovables de energíasobre estos cambios. En este sentido, laUnión Europea por ejemplo, se ha propuestosustituir el 10% de sus necesidades de trans-porte por los agro-combustibles para el 2020.Sin embargo, se requiere para ello el sumi-nistro de aproximadamente 15 mil millonesde litros de bioetanol y biodiesel para cubriresa demanda y no hay posibilidades enEuropa para mayores siembras energéticas opara incrementos importantes de bioetanolde granos. Por tanto, las importaciones seránla fuente principal de suministro (6).

La producción de biocombustibles, apesar de que puede reducir las cantidadesde GEI emitidos, tiene un indiscutibleimpacto ambiental negativo.

Impacto del hombre sobre la naturalezaEl impacto humano sobre la naturaleza

ha sido con frecuencia un proceso destruc-tivo. Se puede mencionar un grupo de efec-tos negativos asociados con la actividadantropogénica, incluso desde la prehistoria.Por ejemplo (7):• Deforestación y ciclos de inundaciones y

sequías durante el sistema de plantacio-nes romano.

ICIDCA 45 (2) 201120

Sustainability of agrofuel production is analysed on the basis of Thermodynamic Lawsand it is demonstrated that all economical processes convert low entrophy sources inwastes. The energy consumption of fossil fuels in bioethanol from corn and sugarcane isanalyzed as well as their waste generation. Some aspects about biodiesel production frommicroorganisms are presented and their perspectives emphasized as they do not compe-te for food producing land.

Keywords: agri-fuels, oleaginous microorganisms, environmental impact, climatic chan-ge, gas emissionss.

• Consecuencias ecológicas de las guerraspúnicas que devastaron la Campaniadurante años,

• El agotamiento de los suelos y la escasezde agua para la irrigación de las tierraslabrantías en la civilización maya y teoti-huacana.

• Más recientemente, las poblaciones desalmónidos en el río Columbia en eloeste de norteamérica se vieron impedi-das de acceder a sus zonas de desove porlos embalses construidos en el estado deWashington.

• En Egipto, por la construcción de la presaen Asuán (río Nilo) en 1971, las sardinasmediterráneas murieron y los pescadoresde estas especies se quedaron sin ingre-sos. Así mismo, los agricultores de estaslocalidades tuvieron que recurrir a losfertilizantes químicos, en ausencia de lascrecidas primaverales del Nilo y con elloel depósito de la capa anual de limo fér-til sobre las tierras ribereñas del río.

• El mar de Aral, en Asia Central, casi sesecó totalmente por el desvío de AmuDaria y Sir Daria, ríos que lo alimenta-ban, para regar los campos de algodón enKazajtan, antigua Unión Soviética.

La tabla 1 muestra un resumen de losGEI de mayor importancia

Retos fundamentales de la humanidad enel siglo XXI

El mayor reto que enfrenta la humani-dad en el presente, es el aseguramiento de laalimentación para más de 6 mil millones deseres humanos (el más acuciante a cortoplazo) en un planeta en vías de agotamientoy con reservas limitadas de tierras. Si no se

soluciona a corto plazo, sucederán largosperíodos de conflictividad social en todo elplaneta. Por otra parte, y no menos impor-tante, se encuentra el deterioro ecológicoexpresado en los cambios climáticos pro-ducto del calentamiento global a partir de laactividad antropogénica sobre la biosfera,que avanza inexorablemente. Finalmente, labúsqueda de fuentes alternativas de energíapara sostener una humanidad, básicamenteen los países industrializados y emergentes,con una terrible adicción por los combusti-bles fósiles que a pasos agigantados vieneenvenenando el planeta.

La tabla 2 muestra la lista de países máscontaminantes en la actualidad.

Uno de los destinos más importante delconsumo de combustibles fósiles es el trans-porte individual. Este presenta un impactoimportante no solo en el transporte de per-sonal, sino también en el de carga. La figura1 muestra el impacto del transporte auto-motor en nuestra civilización.

LEYES DE LA TERMODINÁMICA Y SOS-TENIBILIDAD

Se evidencia de la figura 1 la enorme dife-rencia en el gasto de combustible por tonela-

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Tabla 1. Lista resumen de gases con efecto invernadero (GEI) y sus concentraciones atmosféricas desde la Revolución Industrial a la fecha (a)

GEI Concentración 1750

Concentración 2009

Dióxido de Carbono

280 ppmv 370 ppmv

Metano 0,8 ppmv 1,77 ppmv

Óxido Nitroso

275 ppbv 314 ppbv

Tabla 2. Emisiones totales de gases de efecto invernadero en los países industrializados y semi-industrializados más contaminadores (a, b)

País

Emisiones totales, millones ton/año

Año de referencia

China 6113,3 2010

USA 5919,6 2010

Rusia 1591,0 2010

India 1393,9 2010

Japón 1233,1 2010

Alemania 793,9 2010

Reino Unido 552,1 2010

Francia 373,7 2010

Sudáfrica 358,5 2010

Brasil 331,8 2010

da de carga entre la carga por carreteras yotros medios como el ferrocarril y el cabotaje.Este último es con frecuencia muy pocoexplotado incluso en países con miles de kiló-metros de costas como es el caso de Cuba.

El gasto energético desde el ámbito de latermodinámica

La termodinámica, es el campo de la físi-ca que describe y relaciona las propiedadesfísicas de la materia de los sistemas macros-cópicos, así como sus intercambios energé-ticos. Los principios de la termodinámicatienen una importancia fundamental paratodas las ramas de la ciencia y la ingeniería.En la actualidad también lo tienen desde elpunto de vista ecológico.

Un concepto esencial de la termodiná-mica es el de sistema macroscópico. Este sedefine como un conjunto de materia que sepuede aislar espacialmente y que coexistecon un entorno infinito e imperturbable.

La termodinámica además incluye unsistema de leyes o principios, a saber:

• Primera Ley o de la Conservación de laEnergía (Joule, Clausius, Thompson)La energía no puede ser creada o des-

truida; o lo que es lo mismo, la energía deluniverso permanece constante y por tantolo único que se puede hacer es transformaruna en otra, es decir, no se puede crear ener-gía nueva.

• Segunda Ley o Ley de la Entropía(Clausius)Sin la compensación de los cambios en

alguna otra parte, el calor solo puede fluir

de un cuerpo más caliente a uno más frío.En este sentido, con el transcurrir del tiem-po, la entropía del universo tiende a sermáxima, es decir, toda se disipa comocalor; o lo que es lo mismo, una vez con-vertida en calor no hay posibilidad deusarla nuevamente.

• Tercera Ley (Nernst y Planck)La entropía de cualquier sustancia con-

densada, i.e. líquido o sólido es cero en elcero absoluto de temperatura. Pero, la tem-peratura del cero absoluta es inalcanzablepor lo que no se puede detener la conver-sión espontánea de energía en calor.

De acuerdo con esto, la producción debiocombustibles va a tener indefectible-mente impacto ambiental negativo a pesarde que puede reducir, en algunos casos, lascantidades de GEI (8)

A partir del enunciado de las leyes ante-riores pueden hacerse algunas consideracio-nes de importancia ecológica.

La vida económica se alimenta de la bajaentropía, i.e. granos, madera, acero, cobre,aluminio, telas, computadoras, etc., todasellas estructuras altamente organizadas.

Por otra parte, si se analiza el valor eco-nómico de la tierra de acuerdo con la ter-modinámica, aún cuando ésta no puede serconsumida, en el sentido literal del término,este valor se deriva de dos hechos funda-mentales: a) la tierra permite al ser humano capturar

la forma más vital de baja entropía queexiste, la luz del sol.

b) nuestro planeta dejó de hacer nueva tie-rra en grandes cantidades hace muchosmillones de años, por tanto la que existeactualmente es la única que tenemos, ytendremos, hasta el fin de nuestra civili-zación.

Si se tiene en cuenta que todo procesoeconómico es altamente entrópico, ni creani destruye masa o energía, sino solamentetransforma baja entropía en alta entropía,entonces, todo proceso económico, desde elpunto de vista termodinámico, transformala baja entropía en desechos.

Una vez que ya sabemos que los proce-sos de producción de biocombustibles songeneradores de alta entropía, analicemos lasalternativas presentes de su producción ysu impacto en nuestros ecosistemas.

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Figura 1. Consumo promedio por unidad de cargade diferentes medios de transporte (t/km) (7).

Bioetanol de maízDesde 2006, EE.UU. es el mayor produc-

tor de bioetanol, y sigue aumentando susescalas de producción en busca de la auto-suficiencia energética. Más de 25 mil millo-nes de litros anualmente son producidos apartir del maíz del Medio Oeste norteameri-cano (2). El 40% de la producción del granoestá en manos de granjeros que a su vez sondueños de destilerías. El etanol consume el13% de todo el maíz cosechado en EE.UU.(9).

El maíz como cultivo agrícola exhibealgunas características importantes, entreellas la de requerir tierras de alta calidadpara su cultivo (8, 9).• La captura y conversión de la energía

solar es inferior a otros cultivos emplea-dos como sustrato para la fermentaciónalcohólica.

• La estación de cultivo es mucho máscorta que en los cultivos perennes dedi-cados a este propósito como la caña deazúcar por ejemplo.

• Su rendimiento energético es ~ 100-130GJ/ha/cosecha. La caña de azúcar, está enel entorno de los 400 GJ/ha.

• Consume más fertilizante nitrogenadoque cualquier otro cultivo individual enEE.UU., y está fertilizada totalmente suproducción.

• Requiere abundante irrigación.

Consumo de energía fósil en la producciónde bioetanol de maíz y caña de azúcar

La energía fósil es esencial para la agri-cultura intensiva (industrializada). Los insu-mos más importantes de energía en la pro-ducción de etanol de maíz son los siguientes:• Fertilizantes nitrogenados (toda energía

fósil).• Fosfato, potasa y calcio en la industria

(toda energía fósil).• Herbicidas e insecticidas (toda energía

fósil).• Combustibles fósiles: diesel, gasolina,

gas natural. • Electricidad (casi toda energía fósil).• Transporte (toda energía fósil).• Siembra y regadío (mayormente energía

fósil).• Infraestructura (mayormente energía

fósil). • Mano de obra (mayormente energía fósil)

Finalmente, este maíz es transformado,

con el auxilio de más energía fósil, en bioe-tanol puro.

En el caso de la caña de azúcar, el mayorproductor mundial es Brasil. • Este país produjo más de 23,4 mil millo-

nes de litros en 2009 (8). • El 95% de la producción en modo dis-

continuo con recirculación de levadura. • La totalidad del área sembrada de caña es

de 7 millones de hectáreas. • Requiere de tierras de calidad media para

su cultivo. • La captura y conversión de la energía es

muy alta. • Su cultivo es anual y no requiere resiem-

bra más que cada 5-6 años. • Rendimiento energético ~400 GJ/ha/

cosecha.• Es también un alto consumidor de fertili-

zante nitrogenado (~70 kg/ha) y K2O)• No requiere abundante irrigación.

El consumo de energía fósil en la pro-ducción de bioetanol de caña se desglosacomo sigue:• Fertilizantes nitrogenados (toda energía fósil)• Fosfato y K2O (toda energía fósil).• Lubricantes (energía fósil). • Electricidad (renovable, proceso auto-

sostenible por la combustión del bagazo)• Transporte (energía fósil).• Siembra (eventualmente tracción ani-

mal), regadío (mayormente energía fósil)• Infraestructura (energía fósil). • Mano de obra (mayormente energía fósil

aunque menor que el maíz.

En este caso, los azúcares son transfor-mados en bioetanol puro a partir de energíarenovable, si y solo si, la destilería está aso-ciada a una fábrica de azúcar o genera supropio vapor a partir de sus residuos fibro-sos (bagazo).

RESIDUALIDAD DE AMBOS PROCESOS

Maiz• En el remojo del grano, se produce licor

de maíz que se utiliza como fuente denitrógeno en algunas producciones fer-mentativas especiales.

• El grano no hidrolizado se seca juntocon las vinazas de destilación (muypobres en nutrientes) para la alimenta-ción animal preferentemente rumiantes.

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Caña• Genera de 11 a 15 L de vinazas (altamente

contaminantes)/ L de bioetanol destilado.

La tabla 3 ofrece la comparación entreambos procesos

PRODUCIÓN DE BIODIESEL

Biodiesel es el nombre dado a un com-bustible alternativo al diesel convencional yque se fabrica a partir de grasas vegetales oanimales a partir de la reacción catalítica delos ácidos grasos con un alcohol alifático decadena corta (metanol o etanol), por mediode un proceso conocido como transesterifi-cación. La reacción esquemática de la tran-sesterificación se muestra en la figura 2.

Fuentes de aceites para la producción debiodiesel

Es posible la producción de biodiesel apartir de cultivos que producen aceites nocomestibles como la Jatropha curcas de lafamilia de las Euphorbiaceas. Esta planta esun arbusto que crece en tierras marginales

con muy pocas necesidades de agua, nativade Centroamérica. Sus semillas contienenuna gran cantidad de aceite. Ha sido emplea-da en África desde hace cientos de añoscomo cerca viva. Se ha calculado que unaplanta de Jatropha puede producir un litrode aceite a partir de sus semillas cada añopor espacio de 40 años (1). Sin embargo, enÁfrica ha mostrado algunas propiedadesindeseables como hospedera de un virusque ataca la yuca (Mannihot utilísima) quedestruyó el 80% de la producción del sud-este en el continente provocando una ham-bruna y la muerte de más de 3000 personasque se alimentaban básicamente de este cul-tivo (1). De hecho fue abandonada su pro-ducción en toda esta región a finales delsiglo pasado. En Australia y Nueva Zelanda,

se considera unaplanta perjudi-cial.

La palmaaceitera o palmaafricana (Elaeisguineensis), esun cultivo exten-dido en todo elsudeste de Asia,especialmenteen Malasia eIndonesia, los

mayores productores de aceite de palma enel mundo (2).

El impacto ecológico de estas plantacio-nes es ya considerable y algunos especialis-tas avanzan que será un desastre ecológico amediano plazo. El drenaje de las tierras deturba, el secado y la combustión de ésta en elsudeste asiático, han emitido y emiten canti-

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Tabla 3 Comparación entre la producción de etanol a partir de caña de azúcar (Brasil) y maíz (EE.UU.) Caña de azúcar Maíz Cinco cortes en seis años Siembra anual Rendimiento etanol 80 L/t Cosecha anual 6 millones de hectáreas en producción Rendimientos de 4-4.5 t/ha Pudiera competir por tierras Rendimiento etanol 380 L/t Cultivo perenne 1 hectárea rinde 3028 L etanol Rendimientos de 70 t/ha 43 millones de hectáreas en producción 1 hectárea rinde 5542 L etanol Totalidad de la cosecha mecanizada Cosecha manual mayormente con producción de alimentos

Compite por las tierras para producir alimentos

Costo producción U$S = 0,21 Costo de producción U$S = 0,27

CO-OCR1

Metanol

CO-OCR2

CO-OCR3

R1COO-Met + R2COOMet + R3COO-Met + C3H5 (OH)3

Cat. alcalino

Ésteres metílicos (biodiesel) glicerol

Triglicérido

Figura 2. Reacción esquemática de la transesterificación

dades enormes de GEI[1]. En 1997 y 1998 casi12 millones de hectáreas en Indonesia, fue-ron arrasadas y el dióxido emitido alcanzó elequivalente del 16-20% de todas las emisio-nes debidas a los combustibles fósiles en elmundo en esos años (1, 2).

Sin embargo, existen otras alternativaspara la producción de biodiesel con unimpacto ambiental considerablemente infe-rior como es la producción de lípidos micro-bianos que pueden ser convertidos en com-bustible posteriormente.

Microorganismos oleaginosos como fuentede producción de biodiesel

Microalgas autotróficasEstos microorganismos utilizan el CO2

del aire como fuente carbonada y la luz delsol como energía para acumular lípidos bajociertas condiciones de cultivo.

En la acumulación influye: la especie, losparámetros de cultivo (T, intensidad de luz,pH, salinidad, fuentes de nitrógeno y minera-les, etc.). Sin embargo, el escalado es en extre-mo complicado. Requiere de áreas extensas sise cultiva en estanques -deben ser someros-de las que hoy no existe disponibilidad engeneral. Al precisar la luz como fuente deenergía, la iluminación natural varía entre eldía y la noche y estacionalmente a lo largo delaño. La iluminación artificial puede suplirestas necesidades. Por otra parte, las algas conaltos contenidos de lípidos no sobrevivenfácilmente, ni producen eficientemente lípi-dos en los ambientes contaminados de laslagunas abiertas. La tabla 4 muestra las poten-cialidades de estos microorganismos.

LevadurasSon organismos heterotrófos que requie-

ren de carbono orgánico como fuente de C yenergía simultáneamente. Muchas especies delevadura son capaces de acumular lípidos encantidades significativas, bajo ciertas condi-ciones de propagación: T, pH, fuente de C, etc.

Pueden crecer casi sobre cualquier sus-trato y su propagación es intensiva puesrequieren áreas relativamente pequeñas[2].

Su tecnología es de complejidad media ytradicional y la producción masiva es senci-lla. El potencial de las algas es mayor en laproducción de biodiesel pero probablemen-te las levaduras triunfen finalmente en estepropósito por las múltiples ventajas queofrecen. La tabla 5 muestra la producción delípidos por diferentes especies y géneros delevaduras (10-16).

CianobacteriasSe ha sugerido la posibilidad de produ-

cir biodiesel a partir de cianobacterias.Conocidas también como algas verde-azu-les, pueden convertirse en la principal pla-taforma bioenergética. Pueden llegar hasta25% de su peso en forma de lípidos.

Otras fuentes alternativas de combusti-ble lo conforman las celdas de hidrógeno.En la actualidad se apuesta por ellas como

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[1] Al drenar, la turba se oxida y emite CO2. Adicionalmente, con el tiempo se seca y se incendia espontánea-mente.

[2] Una fábrica de producción de 20-30 t de biomasa /día precisa de un área de 2-3 ha incluyendo los serviciosauxiliares.

Tabla 4. Acumulación de lípidos por varias especies de microalgas (10)

Especie Contenido lípidos, %

C. vulgaris 40

C. emersonii 63 C. protothecoides 23

C. vulgaris 56,6

Tabla 5. Producción de lípidos por diferentes especies de levadura (10)

Especies Rendimiento lípidos, g/L

Coeficiente lípidos, %

R. toruloides 13,8 22,7 L. starkeyi 5,9 20,4

L. starkeyi 9,99 14

L. starkeyi 6,89 11

R. glutinis 7,19 13 T. fermentans 5,32 8,42 C. curvatus 37,1 NR

R. glutinis (12) 3,78 11,28

la fuente de energía automotor del futuro.Sin embargo, las celdas combustibles de H2,presentan múltiples barreras tanto econó-micas como tecnológicas. De lo que hoy seconoce de ellas se evidencian varios proble-mas de difícil solución a mediano y cortoplazos (8).

El catalizador que emplean es un metalde las tierras raras, el rhodio[3]. Este tieneun precio de 30 000 U$S/kg, es decir, casitan caro como el oro[4] y un lantánido, Cerio(nanopartículas, 250 U$$/kg)[5].

La mezcla reaccionante de etanol-aguaes ultra pura (~ 99,9999%), porque las tra-zas de impurezas pueden destruir tanto elcatalizador como la celda. La purificacióndel etanol a ese nivel es en extremo costosay consume grandes cantidades de energía,generalmente fósil.

Etanol: alternativa actualLa única alternativa en la actualidad a los

combustibles fósiles en el sector automotores el etanol (el biodiesel en menor escala y,básicamente en Europa). Sin embargo, esmuy probable que el impacto de todas lasenergías alternativas -si es que logran imple-mentarse en las proporciones requeridas- nose sienta hasta mediados del siglo actual. Lafigura 3 muestra la producción mundial esti-mada de bioetanol hasta 2020.

Sostenibilidad y renovabilidadLa tendencia actual en el cultivo de los

agrocombustibles es la utilización de todaslas partes de la planta, no solamente aque-llas de las que se produce el biodiesel. Ahorabien, cuando se colecta la totalidad de laplanta se retira con esta, la mayoría de losminerales del suelo que contribuyeron a sucrecimiento. Esto impide que se recicle unaparte de la materia orgánica y los nutrientesa la tierra, lo que contribuye a la posteriorerosión. El reciclaje de las partes de la plan-ta que no se convierten en biocombustibles,podría ser una contribución para mantenerla fertilidad y evitar la erosión.

Todos y cada uno de los ecosistemas enla Tierra están altamente optimizados parareciclar casi toda la biomasa que generan,de no ser así, la vida asociada a ellos (floray fauna) degeneraría indefectiblementeafectándonos en alguna medida.

El "Desarrollo Sostenible" y otros términosasociados como "Manejo Sostenible deEcosistemas", "Agricultura Sostenible", etc.,se han ido enraizando en nuestra concienciadesde que fueron acuñados en la Cumbresobre la Tierra en Río de Janeiro en 1992,pero… ¿existe algo realmente sostenible en lanaturaleza?, ¿cuán sostenidos son los proce-sos que hoy muchos consideran sostenibles?.

Un proceso es sostenible, si y solo si, escapaz de sostenerse, es decir, mantenerse sininterrupción, debilitamiento o pérdida de sucalidad, "por siempre"; el entorno del queeste proceso se alimenta y al que expele susdesechos debe ser igualmente "sosteniblepor siempre". Si no se cumplen estas doscondiciones -y es altamente improbable queeso suceda- no existe la sostenibilidad comotal y los discursos oficiales de empresas,ONGs, gobiernos y entidades públicas sonsolo palabras huecas. Hablando en términosestrictamente ecológicos, solo la energía pro-veniente del sol, los vientos o el agua, pue-den ser sostenibles en alguna medida.

La agricultura industrializada no puedeser sostenible porque descansa en el gastoirreversible y la transformación química decombustibles fósiles, y si esto fuera poco, lacreciente tendencia de utilizar todas las par-

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Figura 3. Producción mundial de bioetanolhasta 2020. Realidades y perspectivas

[3] http://www.kitco.com/charts/rhodium.html[4] http://www.preciooro.com/[5] http://www.advancedmaterials.us/58N-0801.html

tes de la planta, cualquiera sea ésta, reducenaún más la porción de materia que debíaregresar al suelo para reponer su desgaste.

La civilización moderna con el consumocreciente de energía que le acompaña, sen-cillamente no se sostiene. Se impone unanueva armonía con la naturaleza. Si no lahallamos pronto, esta nos pasará factura alfinal y no será nada agradable.

CONCLUSIONES

A partir de los principios de la termodi-námica no es posible la sustentabilidad delas fuentes alternativas de energía conexcepción de las derivadas de la luz solar ensu más amplia acepción.

La producción de biocombustibles noestá exenta de impacto ecológico negativo ypresenta solo una sustentabilidad relativa.Las actuales producciones de la agriculturaindustrializada son responsables de unabuena parte de las emisiones de GEI.

La producción de biodiesel a partir demicroorganismos y desechos industrialespuede ser una alternativa menos dañina alentorno que las procedentes de los cultivosoleaginosos.


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Tania García-Martínez


[email protected]

RESUMEN

Se expone la estrategia para el diseño e implementación de un Sistema de Gestión de laCalidad para la producción de FitoMas en la planta del Instituto Cubano deInvestigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA), según la norma NC-ISO 9001:2008. Se realizó el diagnóstico actual de la organización y se describen lastareas a realizar en cada etapa de la estrategia.

Palabras clave: FitoMas, calidad, gestión, estrategia.

ABSTRACT

The strategy for the design and implementation of a Quality Management System accor-ding to the standard NC-ISO 9001:2008 in the ICIDCA's FitoMas plant is described in thepresent paper. The current diagnosis of the organization was carried out and the tasks foreach stage of the strategy were described.

Keywords: FitoMas, quality, management, strategy.

INTRODUCCIÓN

El bionutriente FitoMas se produce en elInstituto Cubano de Investigaciones de losDerivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA). Suproducción está destinada a la agriculturacañera y otros cultivos: frutales tropicales,

hortícola de fruto (tomate, pimiento, pepino),hortícola de hoja (col, lechuga), granos ytubérculos (1, 2). Dada la gran aceptación delproducto, los volúmenes de producciónalcanzan más de 2 millones de litros al año.

La calidad se ha convertido en una polí-tica de empresa y representa uno de los fac-

tores estratégicos de éxito en la actualidad.Según las tendencias internacionales, laimplementación de los Sistemas de Gestiónde la Calidad (SGC) constituye una herra-mienta indispensable para garantizar lainterrelación eficaz de todos los procesosque conducen a la satisfacción del cliente.

La adopción de un SGC debe ser unadecisión estratégica de toda organización.Su diseño, alcance e implementación estáninfluenciados por las necesidades, objetivosparticulares, procesos empleados, tamaño yestructura de la organización (3).

Un SGC es un sistema de gestión paradirigir y controlar una organización con res-pecto a la calidad (4), que estimula o permi-te analizar los requerimientos del cliente,definir los procesos necesarios para mate-rializar un producto aceptable, controlarestos procesos y perfeccionarlos (3).

El presente trabajo tiene como objetivomostrar las acciones realizadas en la gestión dela calidad en la producción de FitoMas y pro-porcionar las ideas fundamentales que confor-man una propuesta de estrategia para el diseñoe implementación del SGC para la producciónde FitoMas en la planta del ICIDCA, de acuer-do a la NC-ISO 9001:2008, que permita brin-dar un producto conforme a los requisitos delcliente, incrementar la confianza de estos yaumentar la excelencia en la actividad.


Teniendo en cuenta lo informado en laliteratura (5, 6) se elaboró la estrategia delsistema de gestión de la calidad, que se esta-blece en las siguientes etapas:1. Diagnóstico: en esta etapa se diagnostica

el estado de la organización y de la docu-mentación existente.

2. Diseño del SGC: a partir de los resultadosdel diagnóstico se elabora una propuestapara su posterior implementación.

3. Implementación del SGC: Ejecución dela estrategia.

4. Mantenimiento del SGC.


DiagnósticoLa planta de Fitomas, es una organiza-

ción que comprende a los trabajadores de las

áreas vinculadas a la producción de dichobionutriente: las plantas de producción yenvase, el almacén, el laboratorio de controlde la calidad, la caldera y calidad.

Desde la puesta en marcha de la plantase realizaron diversas acciones orientadasa la gestión de la calidad; se revisó y estu-dió la documentación técnica, se confec-cionaron los Procedimientos Normalizadosde Operación (PNO), instrucciones de tra-bajo y registros de control para el proceso yel producto. Se seleccionó el personal y seentrenó.

Documentación Como parte de la gestión de la calidad,

se elaboró un Manual de procedimientos,que establece la documentación para llevara cabo la producción y el control de la cali-dad. El mismo incluye los siguientes docu-mentos:• Procedimientos Normalizados de

Operación (PNO): Estos documentos des-criben la forma específica para llevar acabo una actividad o un proceso. A tra-vés de estos procedimientos se estable-cieron las responsabilidades de los pues-tos de trabajo y las instrucciones de tra-bajo correspondientes a cada área rela-cionada con la producción. Se confeccio-naron, además, instrucciones de trabajogenerales, denominadas así, porque soncomunes a varias áreas de trabajo.

• Registros de control: son documentosque declaran los resultados logrados oproporcionan las evidencias de las activi-dades realizadas, facilitan el seguimientode los procesos y del producto y garanti-zan la trazabilidad. La ejecución de cadaPNO se evidencia a través de uno o másregistros de control.

• Modelos: como modelos se establecieronlos planes de mantenimiento de los equi-pos, calibración de los equipos e instru-mentos de medición, capacitación e ins-pecciones.

Se elaboraron, además, expedientes paralos equipos de trabajo e instrumentos demedición, los cuales constituyen, también,registros de control. Estos expedientes con-tienen los datos fundamentales de los equi-pos y en ellos se recoge la historia de estos,como los mantenimientos y las reparacionesrealizadas y en el caso de los equipos e ins-

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trumentos de medición, además, las calibra-ciones y/o verificaciones realizadas.

La aplicación del Manual deProcedimientos permite el seguimiento ycontrol del proceso y del producto así comola trazabilidad de estos, esclarece el trabajoa realizar y facilita la comunicación entretodos los involucrados.

Esta documentación se encuentra imple-mentada en cada área. En la figura 1 serepresenta la proporción de los diferentesdocumentos, según su clasificación, entanto que la figura 2 representa la distribu-ción de la documentación por áreas.

Como se aprecia en la figura 1 los regis-tros de control constituyen la mayor contri-bución a la documentación. Estos controlanlas actividades y los expedientes de losequipos. Algunas instrucciones de trabajose controlan a través de varios registros.

En la figura 2 se aprecia que la mayorproporción de las instrucciones de trabajo

pertenece al laboratorio de control (37,5%),dado el número de técnicas de análisis yequipos de medición que se utilizan. En laplanta de producción se encuentra el mayorporciento de los registros (34,81%). Lamayor cantidad de trabajadores pertenece ala planta de producción por lo que la con-tribución de esta área sobre los PNO de res-ponsabilidades (33,33%) es mayoritaria. Esde destacar que el 60% de todos los mode-los se encuentra en el área de calidad, ycorresponde a capacitación, calibración deinstrumentos de medición e inspecciones.

Capacitación del personal

La formación del personal debe ser unaactividad permanente cuando se deseaimplementar un sistema de gestión de lacalidad. Sobre esta base, se han realizadoacciones para la capacitación en temas degestión de la calidad.

El personal responsable con la gestiónde la calidad ha recibido cursos en elInstituto de Investigaciones enNormalización (ININ) en el período 2009-2010.• Sistema de Gestión de la Calidad según

NC- ISO 9001:2008.• Documentación de los Sistemas de

Gestión de la Calidad.• Mejora Continua de la Calidad.

Herramientas y Técnicas Básicas.• Control Estadístico de la Calidad

Intralaboratorio.• Gestión por Procesos.• Reducción continua de las pérdidas con

el empleo de las 7-M.• 5-S, Actividades claves para lograr cali-

dad en su ambiente laboral.

Para todo el personal de la organización,vinculado con la producción, se impartióun entrenamiento relacionado con las ins-trucciones de trabajo, las responsabilidadesde cada puesto de trabajo y el manejo de ladocumentación, que se establecen en elManual de Procedimientos. Así como tam-bién conferencias sobre producciones máslimpias.

En entrevistas realizadas a los trabajado-res, como parte del diagnóstico, se determi-nó la necesidad de capacitar a todo el per-sonal de la organización, en la norma NC

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Figura 1. Distribución de los documentos segúnsu clasificación

Figura 2. Distribución de la documentación poráreas

ISO 9001: 2008 Sistemas de Gestión de laCalidad - Requisitos y en los temas sobre lasherramientas de productividad sistémica.

Aseguramiento metrológico

Para los instrumentos y equipos demedición se ha establecido un plan de cali-bración y/o verificación anual, lo cual per-mite confiabilidad en los resultados.

Diseño del sistema de gestión de la calidad

El diseño y la posterior implementacióndel SGC para la producción de FitoMas enla planta del ICIDCA, de acuerdo a la NC-ISO 9001:2008 Sistema de Gestión de laCalidad - Requisitos, permitirá analizar losrequerimientos del cliente, definir, gestio-nar, controlar y mejorar continuamentetodos los procesos relacionados con la pro-ducción y permitirá contar con la participa-ción de toda la organización.

Para desarrollar cada una de estas etapasse proponen un conjunto de tareas, según semuestra en la tabla 1.

Para llevar a cabo con éxito la imple-mentación del SGC es necesario preparar ala organización a través de la comunicación,la información y la capacitación. Todos losmiembros de la organización deben conocerlos beneficios de la implantación del SGC,los avances logrados y los planes que seemprenderán, para lo cual, estas informa-ciones deben ser claras, concisas y perma-nentes durante el desarrollo de todo el sis-tema.

Según las necesidades de formaciónidentificadas en el diagnóstico se elabora elplan de capacitación.

La política de la calidad debe ser ade-cuada a los propósitos de la organización,debe ser comunicada a todos los miembrosde la misma. Debe expresar el compromisode la alta dirección, garantizando los recur-sos necesarios para el SGC y la revisiónperiódica del mismo que permita el mejora-miento continuo. Los objetivos de la calidadserán coherentes con la política de calidad.

Para que una organización funcione demanera eficaz, tiene que determinar y ges-tionar numerosas actividades (procesos)relacionadas entre sí. La aplicación de un

enfoque de procesos tiene como ventaja elcontrol continuo que proporciona sobre losvínculos entre los procesos individualesdentro del sistema de procesos, así comosobre su combinación e interacción.Enfatiza en la comprensión y el cumpli-miento de los requisitos, mejora la eficaciade la organización y proporciona una basepara la mejora continua (3). En este senti-do se identificaron los procesos relaciona-dos con la producción (7) los cuales semuestran en la figura 3. Estos procesosdeben ser documentados y deben estable-cerse los métodos para medir la eficacia decada uno.

La documentación es el soporte del sis-tema de gestión de la calidad, pues en ellase plasman no sólo las formas de operar dela organización sino toda la informaciónque permite el desarrollo de los procesos yla toma de decisiones (8). Para implemne-tarla es necesario determinar las necesida-des de documentación, es decir, los docu-mentos que deben existir en la organizaciónpara cumplir con los requisitos de la normaISO 9001:08, las regulaciones propias delsector y los documentos requeridos por laorganización para asegurar el control, fun-cionamiento y planificación de sus proce-sos; realizar un diagnóstico documental;diseñar el sistema documental; elaborar ladocumentación requerida; implantarla;mantener y mejorar el sistema documentalcontinuamente (8 y 9).

El sistema documental estará conforma-do por:• Manual de calidad.• Política de calidad.• Manual de procedimientos que exige la

norma.• Manual de procedimientos para la pro-

ducción y el control de la calidad delproducto.

• Plan de la calidad.• Documentación de los procesos.• Registros de control. • Documentos reglamentarios del sector y

del ICIDCA.• Documentos internos de la organización.

Según el diagnóstico realizado la organi-zación cuenta con el manual de procedi-mientos para la producción y el control dela calidad, el cual debe ser revisado y mejo-rado periódicamente. Se debe trabajar en la

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Tabla 1 Etapas para el diseño e implementación del SGC

E ta p a s Ta r e a s S a lid a s

Preparación de la organización

• Diagnóstico de la organización (realizado)

Informe

• Comunicación e información Reuniones, actas, encuestas • Confección plan de capacitación Plan de capacitación • Capacitación Personal capacitado

Adiestramientos Informe de capacitación

Diseño del SGC y elaboración de la documentación

• Determinar las expectativas de los clientes

Contrato

• Declaración de la política Política de calidad • Definición de los objetivos de la

calidad Documento

• Identificación de los procesos necesarios e interrelaciones para alcanzar los objetivos de la calidad

Mapa de procesos

• Diagnóstico de la documentación Informe • Establecer la estructura

documental del SGC Documento

• Elaboración de la documentación Manuales de procedimientos Manual de la calidad Plan de la calidad

• Establecer métodos para medir eficacia y/o eficiencia de los procesos

Se establecen en la documentación sobre los procesos

Implantación del SGC

• Implantación de la documentación en las áreas correspondientes

Informe implantación del sistema

• Auditorías internas Informe. Plan de acciones correctivas

• Revisión del Sistema por la Dirección

Determinar y entregar recursos necesarios para las acciones correctivas y mejoras

• Ejecución de acciones a tomar Registrar las acciones tomadas

• Establecimiento del proceso para Plan de mejora continua

Mantenimiento

• Auditorias internas periódicas Informes • Revisión por la alta dirección Mejora del SGC • Seguimiento de las no

conformidades Acciones correctivas y preventivas

• Seguimiento del proceso de mejora continua

Mejora continua del SGC

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Figura 3. Mapa de procesos para la planta de producción de Fitomas

elaboración de la documentación estableci-da para el sistema de gestión de la calidad,una vez definida la autoridad, responsabili-dad y el proceso para la elaboración de lamisma.

Implementación del sistema diseñado

Una vez elaborada y aprobada la docu-mentación se distribuye a todos los implica-dos, se pone en práctica lo establecido yluego se recopilan evidencias.

A través de auditorías internas se pone aprueba lo concebido documentalmente.

Teniendo en cuenta, los resultados derevisión por la dirección, de análisis dedatos y los de auditorías internas, se elabo-ra un plan de acciones (correctivas y/o pre-ventivas) que luego se ejecuta.

Durante esta etapa se debe establecer unproceso para el mejoramiento continuo delSGC, que permita aumentar la capacidadpara cumplir los requisitos e identificar lasoportunidades de mejora.

Mantenimiento del SGC

Una vez implementado el SGC es nece-sario mantenerlo, lo cual se realiza a travésde revisiones por la dirección y auditoriasinternas periódicas, el seguimiento de lasacciones tomadas y del proceso de mejoracontinua.

CONCLUSIONES

La estrategia propuesta para gestionar lacalidad en la producción de FitoMas en laplanta del ICIDCA, constituye un importan-te paso para trabajar en esta dirección. Laimplementación del sistema diseñado pro-mueve la confianza en la satisfacción de losrequerimientos de los clientes, la mejoracontinua del sistema y la participación detodos los trabajadores.


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José Villar-Delgado, Ramón Montano-Martínez


[email protected]

RESUMEN

En el presente trabajo se analiza, sobre una base documentada, la posibilidad de pro-ducir carne y leche de manera sostenible mediante la alimentación del ganado conempleo del jugo o de la propia caña de azúcar picada o triturada. Una hectárea de cañaen asociación con soya por esta tecnología, proporciona los nutrientes necesarios para laobtención de 2 t de carne de bovino y 0,9 t de carne de cerdo en pie, contra solo 1,24 tde carne de cerdo por métodos convencionales. De la misma manera y con un positivobalance se analiza la producción de leche. La tecnología puede representar una varian-te atractiva para los nuevos usufructuarios de tierras y dado su escasa dependencia delos insumos externos es mucho menos vulnerable, que los sistemas intensivos conven-cionales, a crisis económicas o políticas que se originen en el escenario internacional.

Palabras clave: caña de azúcar, producción sostenible, alimento animal, métodos agro-ecológicos.

ABSTRACT

In the present paper the production of meat and milk in a sustainable way using juice orminced cane for livestock feeding is analyzed. One hectare of sugar cane associated withsoy can supply the required nutrients for the production of 2 t of living bovine meat and0,9 t of pig. In the same area by conventional feeding methods it produces the equivalentof only 1,24 t of living pig meat. This technology of production could be an attractive alter-native for the new land users. Such a system due to a lesser dependence of external sup-plies is considerably less vulnerable than conventional intensive technologies to interna-tional political or economical crisis.

Keywords: sugar cane, sustainable production, feed, agro-ecological methods.

INTRODUCCIÓN

La producción de alimento animal a par-tir de la caña de azúcar se ha visto siemprecomo una posibilidad real de obtener canti-dades de carne y leche sin necesidad deemplear cereales importados (1,2). En estesentido se han tenido en cuenta diversosproductos, subproductos y derivados de laagricultura y la industria cañera (3). En untrabajo anterior (4) se proponen variantes deproducción de carne de cerdo y bovino con-juntamente con energía eléctrica en siste-mas optimizados para la obtención de elec-tricidad con empleo de turboalternadoresde extracción-condensación y de meladurainvertida a partir de los jugos. Este sistema,sin embargo, no existe en las fábricas deazúcar del país y su implementación reque-riría grandes inversiones. En el presente tra-bajo se analizan variantes más ajustadas a larealidad, que puedan contribuir a orientar alos nuevos tenedores de tierras y que per-mitan una producción sostenible de alimen-tos para la población. Los análisis se reali-zan sobre la base de los resultados que sedocumentan en la información al respecto,publicada desde hace más de 20 años acer-ca de la utilización de la caña de azúcar enla alimentación animal.

Producción sostenible

Un proceso sostenible según elDiccionario de la Real Academia Españolade la Lengua (DRAE) es un proceso quepuede mantenerse por sí mismo, esto impli-ca que el sistema debe generar todo o casitodo lo necesario para cumplir sus objeti-vos. Es fácil en los sistemas agrícolas adver-tir cuáles funcionan sobre la base de proce-sos insostenibles, en general los procesos deproducción intensiva dependientes de insu-mos importados: fertilizantes, plaguicidas,herbicidas, maquinaria compleja, tambiénuso indiscriminado del agua y los suelos.Estos procesos contribuyen evidentementeen gran medida al deterioro del medioambiente: consumo de combustibles fósiles,deterioro de los suelos y contaminaciónambiental con énfasis en la humana. Estaagricultura industrial o intensiva es la queprevalecía antes del denominado períodoespecial en Cuba, la que a pesar del enorme

gasto de recursos nunca pudo gozar de losrendimientos esperados, aunque sí de losefectos negativos consustanciales a este tipode producción. Durante el período especialdado el colapso de la economía y la escasezde recursos, el concepto sostenible ganóalgún terreno apoyado sobre todo en basesagroecológicas: uso de biofertilizantes yabonos verdes, bionutrientes naturales, pla-guicidas botánicos, producción local deentomófagos y entomopatógenos, manejoecológico de plagas y arvenses. Sin embar-go, dado la reanimación económica del paísy la posibilidad de la compra de algunosinsumos suele aparecer con cierta frecuen-cia la oreja peluda de la producción indus-trial agrícola con la introducción inclusivede cultivos transgénicos que independiente-mente de los problemas medioambientalesque pueda ocasionar, se opone a un tipo deproducción agrícola sostenible (5).

Producción sostenible de alimento animala partir de la caña de azúcar

La producción intensiva de alimentos serealiza sobre la base de piensos balanceadosde importación o la compra de las materiasprimas y su elaboración en el país. Las prin-cipales fuentes proteicas de origen animalen Cuba son: el huevo, la carne de cerdo yla carne y leche de vacuno. En la figura 1 semuestra la producción de estos alimentosen los últimos 8 años (6) y no se observa unincremento apreciable en ninguno. En elhuevo a partir del 2004, se produce unaumento sustancial para mantenerse establea partir del 2006 pero todavía bajo distribu-ción normada. La leche de vaca como con-secuencia del aumento del precio de com-pra al productor se ha incrementado ligera-mente en los últimos años. Como se conoce,el empleo de cereales para la alimentaciónde animales compite con la necesidad deestos para la alimentación humana. No obs-tante parece difícil, aún en períodos deescasez, lograr la universalización del vege-tarianismo por lo que siempre existirá unademanda de proteína animal que en nuestropaís no está cubierta y cuya producción,como se aprecia por los datos señalados, nose incrementa significativamente.Solamente de carne de vacuno en pie, queahora ronda las 120 mil t/año, se produjo en

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1989 cerca de 256 mil t además de decenasde miles de toneladas en conserva que seimportaban (7).

Lo ideal sería emplear alimentos obteni-dos de subproductos agrícolas, aunque enla mayoría de los casos o se dificulta sutransportación o deben ser tratados paraincrementar su digestibilidad, lo queaumenta su costo. Esto se puede reducir sinembargo, mediante la producción en peque-ñas fincas y con empleo de sistemas agroe-cológicos, lo que no está reñido con la situa-ción actual donde el sector campesino conel 25% de las tierras produce el 66% de losalimentos y la mayor parte de los renglonesdedicados a la exportación. A eso se sumala reciente entrega de pequeñas áreas enusufructo ideales para ser explotadas pormétodos agroecológicos de manera sosteni-ble. En este sentido son conocidas las bonda-des de la caña de azúcar como productor denutrientes digeribles totales por unidad deárea, que puede ser más de tres veces la delos granos tradicionales (8). Esto disminuyeel uso de la tierra para la obtención de laparte energética de la ración de los animales.De la caña se puede utilizar el jugo, el baga-zo y el follaje o la caña picada o troceada. Elprimero más aconsejable en la alimentación

de cerdos y todos en la alimentación derumiantes (vacuno, ovino-caprino, etc.).

Producción de carne de cerdo

Se propone la sustitución de piensos porjugo de caña como parte energética y soyaplanta (con el grano formado) como fuentede proteína en la ración de los cerdos. Deacuerdo a la fórmula recomendada por elMinisterio del Azúcar de Cuba (MINAZ) (9)para la ceba de un cerdo desde 40 hasta 100kg en 100 días se necesita 1 t de jugo decaña y 50 kg de harina de soya (50% de PB).Para una tonelada de jugo obtenida en trapi-ches pequeños con rendimiento de extrac-ción (jugo/caña) de un 50% son necesarias2,5 toneladas de caña en campo. En la tabla1 se muestra para 100 t de caña en campo(caña integral) la cantidad de productos dis-ponibles y su valor nutritivo (2, 10) con vis-tas a la alimentación del ganado.

La caña de azúcar se cosecha todo el añopues lo que interesa son los azúcares totalesque prácticamente no sufren fluctuaciones,igual ocurre con la caña acamada por even-tos meteorológicos. La soya se siembra enasociación con la caña (11) escalonadamen-te con vistas a contar con la cantidad sufi-ciente para la ración diaria de los animales,se hace en fase con el corte de caña. Estecultivo germina sobre la paja húmeda, evitael enyerbado del cañaveral y aporta nitróge-no. En cuanto a inversiones o suministrosexternos, se debe contar con un pequeñomolino (trapiche) para la extracción deljugo. Puede analizarse la posibilidad depicar la soya tanto verde como seca paramejorar su manipulación o almacenarla, eneste caso es necesario un pequeño molino opicador de forraje. Para fijar nitrógeno en elcultivo de la soya se trata la semilla a sem-brar en una hectárea con un kilogramo del

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Figura 1. Producción de alimentos de origenamimal, 2002-2009

Tabla 1. Productos disponibles para alimentación animal obtenidos de 100 t de caña

Producto Cantidad,

t MS. %

Azúcares solubles,

% MS (2) PB, % MS

(2,10) Jugo∗ 40 20 86 0,94

Hojas∗∗ 13 65 - 3,13 Cogollo 7 30 10 3,91 Bagazo 39 38 22 2,7

∗ 50 % de caña limpia ∗∗ Se deja 1 t de hojas en campo para favorecer la protección del suelo

inoculante Rhizobium. Se aplican también3-4 litros/ha del bionutriente FitoMas-E enambos cultivos. Tanto el Rhizobium como elFitoMas-E son de producción nacional y debajo costo.

La ración diaria para los cerdos es lasiguiente:

Con 40 t de jugo se pueden alimentar 40cerdos. Los 5,4 kg de soya planta con 27%de materia seca y 17% de proteína equiva-len a 0,5 kg de harina de soya. Una hectáreade soya planta como forraje produce 1 000kg de proteína en 80 días (12) por lo que unahectárea de la leguminosa con una solacosecha sería suficiente para suministrar laparte proteica de los 40 cerdos. El área decaña y soya asociada se puede extender a1,3 ha para un cálculo conservador. Se pro-ducen durante la ceba 1,85 t de carne decerdo en pie por hectárea en el año. El valorde la producción de la carne de cerdo en piepor hectárea, al precio actual en el mercadointernacional (13) de 1 681 US$/t, es de 3110 US$. Si se lleva la caña al central seproducen 9 t de azúcar crudo que a los pre-cios actuales (14) de 0,30 US$ por librarepresentan 5 400 US$/ha. Ahora bien estavariante requeriría una cercanía del produc-tor a un central azucarero y por otro lado elprecio actual del azúcar no se correspondecon el precio histórico, alrededor de los 0,10US$ la libra, por lo que solo posiblementede manera coyuntural se podrían obtenerestos valores. Por último, la caña tiene quepasar por un proceso industrial que depen-de del suministro externo de combustible,piezas de repuesto y otros insumos y cuyaeficiencia, en las condiciones cubanas, esmuy sensible a diversos factores.

La producción de carne de cerdo conmaíz y soya cultivados por métodos con-vencionales requiere de la siguiente ración:

Maíz grano seco 1,7 kgHarina de soya 0,5 kg

Una hectáreaa de maíz a 7 t/ha (rendi-miento medio en EE.UU) en las mismascondiciones de ganancia de peso puede ali-

mentar a 42 cerdos mientras que son nece-sarias 1,04 ha de soya a 2 t/ha (rendimientomedio en EE.UU). Esta superficie corres-ponde solamente a la producción de harina,ya que además se obtiene aceite (28%).Luego durante la ceba se producen 2,52 t decarne en pie en 2,04 ha o 1,24 t/ha. El valorde la carne de cerdo en pie es de 2 084US$/ha.

Al comparar las dos tecnologías se tieneque el valor de la producción de carne decerdo en pie utilizando caña-soya (sosteni-ble) es de 3 110 US$/ha, mientras que alemplear maíz-harina de soya (sistema con-vencional) es de 2 084 US$/ha.

Se produce 1,5 veces más valor por hec-tárea con la tecnología sostenible caña-soyaque con la tecnología maíz/soya convencio-nal, sin contar con las ventajas económicasy medioambientales de la primera en fun-ción de su carácter sostenible. Además conla tecnología caña-soya se obtienen todavía59 t de productos vegetales sacarificados(ver tabla 1) con los que se puede suple-mentar la alimentación de rumiantes (vacu-no, ovino-caprino) y de algunas aves comogansos y patos que asimilan cierta cantidadde material fibroso. Otros elementos queapoyan lo sostenible del sistema es la siem-bra como cerca viva de árboles leguminososp.e. el bien vestido Gliricidia sepium cuyofollaje se puede suministrar al ganado vacu-no. Se plantea (5) que el suministro a cual-quier tipo de ganado de frutos del noni aho-rra vitaminas, incrementa la conversión decarne por kilogramo de alimento consumidoy mejora su estado de salud. Para esto sepuede intercalar algunos árboles en el área.Las excretas de los animales y algunos delos productos lignocelulósicos disponiblesse emplean para la producción de biogás ybiofertilizante. También en dependencia delmercado se puede producir alternativamen-te, con este sistema, patos, conejos u otrosanimales.

La poca dependencia de esta tecnologíadel suministro externo la hace casi invulne-rable a los cambios políticos o económicosen el escenario internacional, cuestión quecomo se sabe ha golpeado de manera brutala nuestra economía y en especial a la pro-ducción agropecuaria en dos ocasiones enlos últimos 50 años. Se debe señalar ademásque el rendimiento promedio de maíz secosegún la FAO (1978) es de 2,6 t /ha/año. El

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Jugo de caña 10 kg (aunque se suministra ad libitum)

Soya planta (forraje)

5,4 kg

rendimiento que se espera en Cuba de maíztransgénico FR-Bt1 es de 4 t de maízseco/ha-año (15). Luego si consideráramosuna producción de maíz por los métodosconvencionales, en el país tendríamos índi-ces comparativos aún mejores para la pro-ducción sostenible de carne con la tecnolo-gía caña-soya que los expuestos anterior-mente. La tecnología convencional ademásdemanda el empleo de maquinaria pesada ycombustible y por supuesto alto consumode fertilizantes y plaguicidas con los proble-mas conocidos para la salud y el medioam-biente. En suma, gastos en maquinaria,combustibles y productos químicos quehacen depender la producción de un finan-ciamiento en divisas, de los vaivenes delcomercio internacional y peor aun de lasrelaciones con los países exportadores.

Producción de carne de bovino y cerdo

La alimentación de bovinos se plantea apartir de animales de 200 kg que ganan 800 gdiarios, hasta 400 kg de peso en 250 días,con la ración que se muestra en la tabla 2(10, 16).

Mediante el cultivo de 1,3 ha de caña enasociación con soya se pueden obtener 2 tde proteína (2 cosechas de soya) que puedesuministrar la ración de 10,2 cabezas. Estenúmero de animales consume 35,7 t de cañapicada y 6,38 t de jugo equivalente a 12,4 tde caña. El consumo total de caña de losbovinos es de 48,1 t, quedan aun 29,9 t decaña del total de 78 t de tallos disponibles.El jugo proveniente de esa cantidad de cañapuede alimentar 15,3 cerdos y se necesitaríasembrar 0,38 ha adicional de soya paraobtener la proteína necesaria. Por tanto con1,68 ha se alimentan 10,2 cabezas de gana-

do bovino y 15,3 cerdos, lo cual representa2 040 kg de carne en pie de bovino que alprecio internacional (13) de 2 508 US$/tsuma 5 116 US$ y 918 kg de cerdo que aprecio internacional (1 681 US$/t) hacen1 543 US$. En resumen se obtiene en las1,68 ha carne por un valor total de 6 659US$ o 3 964 US$/ha. Esto es 854 US$ másque lo que se obtiene por hectárea para lacría solo de cerdos. Los elementos externosnecesarios son los mismos que se planteanen la alimentación de cerdos y en este casose añade una pequeña cantidad de urea, 510kg en el año, un insumo que se importa parala industria azucarera y que no debe serdifícil de adquirir en estas condiciones. Noobstante, en caso de no poder contar con elmismo, existen variantes para sustituir estenutriente, por ejemplo árboles leguminosossembrados al efecto.

La producción anual de carne de cerdo yres en pie en los últimos años suma alrede-dor de 300 mil toneladas (210 mil enbanda). Para un consumo apreciable en lascondiciones actuales de 25 kg per cápita poraño de carne, se necesitaría producir poresta tecnología 110 mil toneladas adiciona-les de carne en pie en 62,5 mil hectáreas. Serecomienda que los productores a los cualesse les entregue o dispongan de una caballe-ría, dediquen a la producción animal nomás de 5 ha, esto permite una gran flexibili-dad del sistema, ya que se contaría adicio-nalmente para el ganado con una apreciablemasa de residuos vegetales generada duran-te la producción de alimentos.

Producción de leche

La producción de leche se lleva a cabocon vacas que tienen un rendimieto prome-dio de 8 litros diarios y que se alimentan deacuerdo a la siguiente ración (10):

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Tabla 2 Ración diaria para ganado bovino en ceba (kg)

Producto MO MS PB Caña picada 14 4,2 0,13 Soya mata fresca 17 4,6 0.78 Jugo de caña 2,5 0,5 0,005 Urea 0,2 0,2 0,56 Total 33,7 9,5 1,48

Tabla 3. Ración diaria por vaca, kg (8 litros de leche por día)

Producto MO MS PB

Caña picada 18 5,4 0,17 Soya mata fresca 17 4,6 0,78 Jugo de caña 2,5 0,5 0,02 Urea 0,2 0,2 0,56 Total 37,7 10,7 1,53

El consumo anual por vaca de los pro-ductos se muestra en la tabla 4.

El jugo consumido es equivalente a 1,8 tde caña picada, luego el total de caña con-sumida es de 8,37 t por animal. Una hectá-rea de caña puede suministrar la parte ener-gética a 9,3 vacas. El área de soya mata aso-ciada necesaria para suministrar la proteínaa estos animales es de 1,63 ha. En resumencomo las vacas producen en 280 días deordeño 20 832 litros, en total se obtienen 12780 litros de leche por hectárea. El valor dela leche producida por hectárea al preciointernacional (13) 3 670 US$/t es de 4 901US$. Este valor supera a los obtenidos enlos dos casos anteriores de producción decarne. El precio de la leche pagado a los pro-ductores a 2,50 pesos/litro es de 39 157,5pesos o 1 566 CUC. Lo que implica un aho-rro de 3 335 US$/ha con respecto a lo sufra-gado por la leche importada. En estosmomentos se producen alrededor de 500millones de litros (5). Para satisfacer un con-sumo aceptable de 90 litros per cápita anua-les de leche, se necesitarían 500 millonesadicionales que se pueden producir demanera sostenible por esa tecnología en 39mil hectáreas con 24 mil vacas en ordeño.

CONCLUSIONES

Se propone utilizar la caña de azúcar enla alimentación animal de manera sosteni-ble. La ceba de cerdos con empleo de jugo ysoya como forraje puede proporcionar 2,4 tde carne en pie por hectárea contra 1,24 tequivalente con maíz y harina de soya pormétodos convencionales. Positivos resulta-dos se obtienen también con esta tecnologíaen la alimentación combinada de bovinos ycerdos y en la producción de leche de vaca.Se emplea el jugo o la caña picada para

suministrar la parte energética de la racióny aún se dispone de bagazo sacarificado,hojas y cogollo para suplementar la alimen-tación de otros animales menos exigentescomo cabras, patos o gansos. Existe ademásla posibilidad, de producir con las excretasy el material lignocelulósico energía comobiogás y biofertilizante.

El sistema puede ser de interés para losnuevos usufructuarios de tierra que quie-ran establecer un sistema de producciónsostenible de alimentos de origen animal yvegetal. En cualquiera de sus variantes esprácticamente invulnerable ante situacio-nes críticas económicas o sociales que pue-dan presentarse interna o externamente yno atenta contra los recursos medioambien-tales que maneja, en oposición a la produc-ción intensiva convencional muy depen-diente de los insumos de materiales y ener-gía importados y por añadidura contamina-dora y destructora del entorno en que reali-za sus operaciones.


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ICIDCA 45 (1) 201140

Tabla 4. Consumo anual por vaca de los productos

Producto t Caña picada 6,57 Jugo de caña 0,913 Soya mata fresca 6, 206 Urea 0,073

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Gloria Bueno-García, María Elena Díaz de Villegas-Díaz de Villegas, Gisela de Armas-García, Esmérida Torres-Castañeda,

Maribel Saura-Moncisbaez


[email protected]; [email protected]

RESUMEN

Se demuestra bajo las condiciones experimentales establecidas que las curvas de sobre-vivencia de la Pseudomonas aeruginosa siguió una cinética no lineal mostrando unacaída inicial rápida en el conteo celular seguida por una cola causada por una dismi-nución de la velocidad de inactivación, El modelo de Weibull describió con precisión lacinética de inactivación. Se estimaron los parámetros estadísticos que mejor explican lafrecuencia observada: media, varianza y coeficiente de asimetría. Para la Pseudomonasaeruginosa el valor b depende de la temperatura y el valor n es independiente. El mode-lo de distribución de Weibull fue capaz de predecir el tiempo de calentamiento para inac-tivar ocho ciclos log10 y para estimar el tiempo de calentamiento equivalente para lamisma proporción de P. aeruginosa sobreviviente a otras temperaturas.

Palabras clave. Pseudomonas aeruginosa, inactivación por calor, Weibull.

ABSTRACT

Under experimental conditions established it have been demonstrated that survival cur-ves of Pseudomonas aeruginosa followed a not linear showing a rapid initial drop incellular counts followed by tailing caused by a diminishing inactivation rate. The Weibulldistribution model was able to describe the inactivation kinetics The statistic parametersthat gave a better description of the observed frequencies were estimated .ForPseudomonas aeruginosa, the b value depended of the temperature and the n value wasindependent . The model based on the Weibull distribution was capable of predicting theheating time to inactivate eight Log10 cycles and and to estimate equivalent heating timefor the same proportion of surviving P. aeruginosa to other temperatures.

Keywords: Pseudomonas aeruginosa, heat inactivation, Weibull.

INTRODUCCIÓN

El control de las malezas resulta de vitalimportancia para poder maximizar la pro-ducción agrícola. Para combatir las mismasse emplean diferentes métodos entre los quese encuentra el uso de herbicidas químicos,que si bien es efectivo, la tendencia es haciasu disminución debido a la contaminaciónambiental y daños que producen al hombre(1, 2).

Una de las alternativas al uso de herbici-das químicos es el empleo de bioherbicidas,obtenidos por vía biotecnológica cuyo prin-cipio activo pueden ser organismos vivoscomo hongos (Micoherbicidas) y bacteriasy/o las fitotoxinas que ellos producen, apli-cados a las malezas de forma similar a losherbicidas convencionales (3)

Entre los microorganismos que puedeninhibir selectivamente el crecimiento de lasplantas indeseables e impedir la germina-ción de las semillas, y/o el desarrollo de lasmismas mediante la producción de fitotoxi-nas, se encuentran las bacterias del géneroPseudomonas (4)

En la actualidad muchos de los bioher-bicidas producidos están constituidos pororganismos vivos, los cuales tienen limita-ciones como los períodos de viabilidad y losrequerimientos específicos en el campo(temperatura, riego para establecer la infec-ción, etc.), por lo que se hace difícil alcan-zar su establecimiento antes de que se con-trolen las malezas y existe peligro de escapea cultivos vecinos susceptibles, lo que noocurre con las fitotoxinas.

La bacteria Pseudomonas aeruginosaproduce fitotoxinas que presentan acciónpostemergente de contacto en el control delas malezas de hojas anchas, por lo quepuede considerarse como un agente efectivopara el control biológico (5).

En la producción de las fitotoxinas porvía fermentativa, una opción para eliminarlas limitaciones por la presencia de organis-mos vivos en los caldos fermentados es elempleo de tratamientos térmicos para lainactivación del microorganismo.

El propósito de este estudio fue investi-gar el efecto de resistencia térmica en régi-men isotérmico de Pseudomonas aeruginosacontenida en cultivos de fitotoxinas, utili-zando un modelo más conveniente y flexi-ble que el tradicional modelo de primer

orden, con el objetivo de lograr el mínimoprocesamiento del cultivo.


Microorganismo y condiciones de cultivoSe empleó la cepa de Pseudomonas

aeruginosa PSS de la colección de cultivosdel Instituto Cubano de los Derivados de laCaña de Azúcar (ICIDCA) aislada del suelo.Erlenmeyers de un litro que contenían 330ml de medio optimizado con glicerina,como fuente de carbono, y urea y fosfato deamonio, como fuente de nitrógeno, se ino-cularon con 33 ml de inóculo crecido enmedio King-B (6) y se incubaron. Las condi-ciones de cultivo fueron: pH 7, temperatura30 °C y agitación 150 rpm durante 24 horas.

Inactivación del microorganismo

Se llevó a cabo en frascos Durán de 100ml estériles que contenían 50 ml del cultivofermentado e inmersos en baño termostata-dos con recirculación a temperaturas de 50y 60 °C durante 60 min y 70 °C durante 40min. A intervalos prefijados se colectó 1 mlde muestra, se diluyó en serie, se sembró enplacas Petri en medio agar King-B (15) y seincubó a 30 °C, durante 24 horas.

Calorimetría diferencial de barrido

La muestras (10-12 mg) se pesaron en cri-soles de aluminio sellados de 40 μL, se some-tieron a calentamiento, en un CalorímetroDiferencial de Barrido de la firma MettlerSuizo TA 4000 en un rango de temperaturaentre 30 y 150 °C, a una velocidad de 10°C/min en atmósfera de aire dinámico, lasexperiencias se realizaron por triplicado.

Modelación

Las curvas de sobrevivencia de P. aerugi-nosa se ajustaron de acuerdo al modelo basa-do en la distribución de Weibull utilizando laecuación propuesta por van Boekel (7)

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(1)

Donde b y n son dos parámetros caracte-rísticos de la distribución de Weibull. Elvalor b es denominado parámetro de escalay n parámetro de forma. Los valores de b yn se utilizaron para graficar las curvas defrecuencia de resistencia y se empleó lasiguiente ecuación:

De acuerdo a la función acumulativa dela distribución de Weibull el valor de nrefleja el tipo de concavidad de la curvasemilogarítmica. Cuando n>1 se manifiestauna pronunciada concavidad hacia abajo,en tanto que, sistemas con valores n= 1 sonlineales indicando una cinética de primerorden. Finalmente sistemas con n<1 mues-tran curvas semilogarítmicas con concavi-dad hacia arriba. El valor b representa lapendiente total de la curva de sobrevivenciaisotérmica.

Los parámetros estadísticos que mejorexplican la distribución de frecuenciasobservadas como la media (μ), varianza(δ2) y coeficiente de asimetría (v) se calcu-laron según Peleg y Cole (8). Todos losparámetros se derivaron usando técnicasde regresión no lineal mediante el progra-ma Origin (9).

Determinación del tiempo de calentamiento

Para estimar el tiempo necesario paraalcanzar un determinado nivel de inactiva-ción se utilizó la siguiente fórmula:

Donde d representa el número de reduc-ción logarítmica o factor de 10, b tiempo dela primera reducción decimal y n factor deforma.

Determinación del valor F

De los criterios más comúnmente utili-zados para determinar tiempos de calenta-miento equivalentes a una temperatura dife-rente con relación a una temperatura de

referencia y para igual proporción de micro-organismos sobrevivientes está el valor F.

Donde T es la temperatura a ser compara-da, Tref temperatura de referencia, z es elnúmero de grados que debe incrementarse latemperatura para que el valor del tiempo dereducción decimal D sea reducido a la déci-ma parte del inicial, tref es el tiempo decalentamiento a la temperatura de referencia.

Análisis estadístico

La bondad de ajuste del modelo fue eva-luada utilizando el coeficiente de regresión(R2) y la raíz del cuadrado medio del error(RMSE, por sus siglas en inglés). El RMSErepresenta el "error estándar del modelo" almedir la desviación promedio entre el valorajustado y el observado de acuerdo a lasiguiente ecuación:

Donde el valor n es el número de obser-vaciones y p el número de parámetros a serestimado.


Las curvas de sobrevivencias de laPseudomonas aeruginosa se muestran en lafigura 1. Las líneas discontinuas indicanque los datos fueron ajustados con el mode-lo de Weibull. Como se puede observar lascurvas estimadas por el modelo muestranuna alta correlación con la data experimen-tal, lográndose coeficientes de regresión(R2) y RMSE altamente significativos, indi-cando que el modelo matemático fue apro-piado para representar los datos de sobrevi-vencia (tabla 1).

La curva de sobrevivencia de laPseudomonas aeruginosa muestra concavi-dad hacia arriba con valor de n<1 hacién-dose más notable en dependencia de laseveridad del tratamiento por calor. La con-cavidad hacia arriba o cola indica que lascélulas más sensibles mueren rápidamente

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(2)

(3)

(4)

(5)

y las sobrevivientes con mayores posibilida-des de soportar las condiciones del trata-miento no mueren o probablemente seadaptan a este. Los altos valores de R2 (0,99)y los bajos de RMSE entre 0,10 y 0,34 sonindicativos también de la bondad de ajustedel modelo de Weibull.

Diferentes modelos de Weibull se presen-tan en la literatura (10, 11, 7). Sin embargoCouvert, et al. (12) establecen un modelo enla que sus parámetros tienen significaciónfísica y el valor b de la Eq.(1 ) simboliza elparámetro de escala dependiente de la tem-peratura conocido como parámetro de esca-la transformado (13), considerando que elvalor de b tiene igual analogía al valor de Dy representa el primer tiempo de reduccióndecimal necesario para disminuir el númerode microorganismos por un factor de 10, esdecir destruir el 90% de inactivación de losmicroorganismos por lo que mide la rapidezcon que los mismos mueren.

En la figura 2 se muestra el termogramade la cepa Pseudomonas aeruginosa. Comose puede observar la temperatura de desna-turalización inicial es 50 ºC y la temperatu-ra final del pico de transición térmica tuvo

valor cercano a 100 ºC. La temperatura topede transición que representa la máxima des-naturalización térmica de proteínas y com-ponentes celulares fue de 80 ºC.

Diferentes trabajos informan la fuerterelación que existe entre la muerte térmicay los picos observados entre 50 - 85 °C, porlos microorganismos vegetativos (14-16),por lo que el intervalo de temperatura en elcual ocurre la mayor reducción, en el áreabajo el pico, es debido al precalentamientoy es el resultado de la desnaturalización delas principales subunidades ribosomales.

Los resultados de las temperaturas detransición térmica por calorimetría diferen-cial de barrido concuerdan con las obteni-das en baño de agua. Hay que señalar que lavelocidad de calentamiento aplicada, hastaalcanzar la máxima temperatura deseada esdiferente a la del barrido calorimétrico. Enel baño de agua, aunque las temperaturasson bajas, los tiempos de exposición fueronlargos (10 - 60 min) en tanto en la calorime-tría el tiempo para alcanzar los 100 ºC fuede 8 minutos, tiempo similar en el que latemperatura del baño de agua se equilibró ala temperatura de los frascos sumergidos.

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Figura 1. Curvas de inactivación isotérmicas deP. aeruginosa ajustada de acuerdo a la Eq.(1)

Tabla 1. Constantes y estadísticas obtenidas por la aplicación del modelo de distribución acumulativa de Weibull

Temperatura (ºC)

b n R2 (RMSE) Media (min)

Coeficiente de

asimetría

Varianza (min2)

50 6,514 0,678 0,994 0,10 4,00 0,09 0,139 60 2,950 0,668 0,993 0,23 1,76 0,18 0,306 70 1,775 0,668 0,990 0,34 1,07 0,31 0,509

Figura 2. Termograma de cepa de Pseudomonasaeruginosa

La distribución de frecuencia de sensibi-lidad o resistencia obtenida a partir de losvalores b y n y los parámetros estadísticosasociados se presentan en la figura 3 y en latabla 1.

Como se demuestra la sensibilidad delmicroorganismo por efecto de la temperatu-ra, resultó en un desplazamiento del tiem-po de inactivación hacia la izquierda (indi-cado por el aumento de los correspondien-tes valores de la varianza) reduciendo eltiempo de exposición en concordancia conla disminución de la media de vida. Elaumento de la temperatura incrementó laasimetría de las curvas de sobrevivenciahacia la derecha.

De igual forma que los resultados obte-nidos por van Boekel (7), el valor de n nocambió con la temperatura por lo que puedeser tratado como un parámetro indepen-diente de la temperatura. La dependencia

de la temperatura del parámetro b se mues-tra en la figura 4.

Una relación lineal entre el log b y latemperatura de tratamiento fue observadaentre estos dos parámetros. La dependencialineal permite estimar el valor z que se defi-ne como el numero de grados centígradosque hay que aumentar a la temperatura detratamiento para reducir el valor de b a ladecima parte, es decir, para que la línea determodestrucción atraviese un ciclo logarít-mico y la energía de activación necesariapara que se produzca la reacción de inacti-vación de la Pseudomonas aeruginosa.

El valor calculado de z a partir delinverso de la pendiente fue de 35 ºC y la Eade 111,96 kJ/mol. Como z está referido alvalor b y considerando igual analogía alvalor de D obtenido en la cinética lineal enla que el valor es recíproco de k (velocidadde muerte), el valor b es inversamente pro-porcional a Ea. El alto valor de z encontra-do y el bajo valor de Ea indican una bajasensibilidad de la velocidad de inactiva-ción del microorganismo a la temperatura.La Pseudomonas aeruginosa es una célulavegetativa resistente a la inactivación porcalor, a diferencia de los resultados obteni-dos para igual microorganismo por Hassaniet al. (17).

La eficiencia alcanzada en los proce-sos térmicos, determinada por la relacióntiempo-temperatura se expresa por elnúmero de reducciones decimales alcan-zadas mediante el tratamiento y es inde-pendiente del volumen. De acuerdo a losresultados obtenidos, al aplicar un trata-miento isotérmico a 70 ºC durante 40 minse obtuvo una disminución de 8 cicloslog para un valor logarítmico de 10-8, esdecir de una concentración inicial decélulas de 1,37x108UFC/ ml solo sobrevi-vió una (10°) (figura 1). La estimación deltiempo de calentamiento a diferentestemperaturas que daría igual proporciónde microorganismos sobrevivientes(reducción de 8 ciclos log10) se muestraen la figura 5.

La intensidad del proceso térmicomedido a partir del factor ( ) fue de 4min a la temperatura de 105 ºC lo que sig-nifica una disminución de 10 veces eltiempo, para la misma intensidad a 70 ºCe igual proporción de P. aeruginosa sobre-vivientes.

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Figura 3. Distribución de frecuencia de resisten-cia de la cepa Pseudomonas aeruginosa

Figura 4. Dependencia del parámetro de escalab con la temperatura

CONCLUSIONES

La curvas de sobrevivencias obtenidasen este estudio fueron cóncavas hacia arri-ba. Las colas de las curvas de sobrevivienciaindican que el método convencional de aná-lisis y regresión lineal no es adecuado paradescribir la inactivación del microorganis-mo y por ende los valores D y z no propor-cionan predicciones confiables. El modelode Weibull permitió una descripción másexacta de la cinética de inactivación de laPseudomonas aeruginosa.


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Figura 5. Relacion entre el tiempo para reducir8 ciclos log10 y la temperatura

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Es un sustituto parcial de laferti l ización convencionalporque propicia el desarrollo dela rizosfera (microorganismossimbióticos que viven en lasraíces), los que fijan nitrógenoatmosférico y movilizan otrosnutrientes minerales.

Madurador de la caña porexcelencia, facilita el engordey cuajado de los frutos cuandose aplica un mes antes de lacosecha a tubérculos oraíces, en frutales y cereales.

Potenciador de la acción herbicida cuando semezcla con estos lo cual permite una sensiblereducción de sus dosis. Incrementa el árearadicular y mejora la floración cuando se aplicaa dosis entre 0.2 y 1 l/ha, al inicio de la floraciónen frutales y después del ahijado en cereales.

FITOMAS (E)

FITOMAS (M)

FITOMAS (H)

Producto

Natural

Antiestr

és

FitoMas es un cóctelnatural de sustanciaso r g á n i c a si n t e r m e d i a r i a scomplejas de altaenergía, especial-mente seleccionadasdel conjunto mejorrepresentado en lamayor parte de las especies botánicasa las que pertenecen los cultivoseconómicos, por lo que permite superar lassituaciones estresantes sin perjudicar laproducción de alimentos y productos útiles.FitoMas no es tóxico ni a las plantas ni a losanimales.

Con su acción, FitoMas facilita la interacciónsuelo-planta, por lo que propicia el desarrollode la rizosfera, la cual elabora hormonas decrecimiento y otras muchas sustancias útiles alvegetal

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Yelenys Hernández-Corvo. Vivian León-Fernández, Alex Fragoso-Sierra, Isis Menendezcuesta-Mirabal, Eduardo Bordallo-López

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarCP 33500, Quivicán, Mayabeque, Cuba

[email protected]

RESUMEN

Se desarrolla una metodología para obtener partículas esféricas de celulosa a partir deuna solución de xantogenato de celulosa y su posterior carboximetilación, entrecruza-miento e inmovilización de monoamino ciclodextrina (NH2-CD). Los productos se carac-terizan por microscopía óptica y electrónica, no observándose variaciones en cuanto a laforma de las partículas después de la funcionalización. Se determinan la porosidad,retención de agua y volumen de sedimentación, cuyos valores medios se incrementancon la introducción del grupo carboximetilo. Se obtienen partículas esféricas con untamaño promedio de 86 µm con una desviación estándar igual a 16. La capacidad deintercambio (Ci) de la carboximetilcelulosa esférica (CM-CELEF) es 1,6 meq/g y su rangode pH de trabajo es de 4,5 - 8. La Ci del conjugado CM-CELEF-NHCD disminuye a 0,93meq/g, lo que indica que el 20% de los grupos activos participaron en la reacción deinmovilización de la NH2- CD. Por espectroscopía FT-IR se observan las bandas caracte-rísticas de los productos obtenidos.

Palabras clave: celulosa, CM-CELEF, NH2-CD.

ABSTRACT

A methodology for the obtainment of spherical particles from a cellulose xanthogenatesolution and its subsequent carboxymethylation, crosslinking and monoamine cyclodex-trin (NH2-CD) immobilization has been developed. The products are characterized byoptical and electron microscopy and no changes in the shape of the particles were obser-ved after the functionalization reaction. Porosity, water retention and sedimentation volu-me were determined. The mean values of these properties are increased with the intro-duction of carboxymethyl group. Spherical particles have an average size of 86 micronsand a standard deviation of 16. Exchange capacity (Ci) of the spherical carboxymethyl-cellulose (CM-CELEF) is 1,6 meq/g and the pH working range 4,5 to 8. Exchange capacity

INTRODUCCIÓN

En los protocolos de purificación de bio-moléculas, generalmente se requieren de10-20 etapas de separación y purificación yla combinación de varias técnicas paralograr una alta pureza de los productos. Porello, se trabajó en el desarrollo de soportes omatrices con ligandos inmovilizados quepermitieran acoplarse de manera reversiblea las biomoléculas de interés, reduciendo elcosto del proceso.

Las ciclodextrinas forman parte de estosligandos, por tener una cavidad hidrofóbicaque les permiten formar complejos de inclu-sión con moléculas orgánicas de pequeñatalla (1) y con las biomoléculas, característi-ca que ha sido puesta en función de desa-rrollar diferentes productos en farmacolo-gía, cosmética y en cromatografía (2,3),debido a su capacidad de inhibir la activi-dad de las amilasas por formar complejosenzima-sustrato relativamente fuertes, sinser hidrolizadas.

La celulosa en forma esférica, es unsoporte que por su naturaleza hidrofílica,biocompatibilidad, estabilidad química ytérmica es utilizada como matriz cromato-gráfica (4). Sus grupos hidroxilos permitensu activación por diferentes rutas de sínte-sis y su posterior derivatización (5), encon-trando aplicación en intercambio iónico (6)inmovilización de enzimas (7), recobradode metales pesados (8), diseño de sistemaspara la liberación controlada de medica-mentos (9) y biosensores (10).

En el presente trabajo se realizó la obten-ción y caracterización de la celulosa esféri-ca a partir de una solución de xantogenatode celulosa y su posterior carboximetila-ción, entrecruzamiento e inmovilización deNH2-CD. Los productos se caracterizaronpor microscopía óptica, electrónica, espec-troscopía FTIR y se determinaron algunasde sus propiedades físicas: tamaño de partí-

culas, porosidad, retención de agua y volu-men de sedimentación, así como el rango depH de trabajo y la Ci.


El análisis de las imágenes se realizó enun microscopio óptico OLYMPUS VANOXacoplado a una cámara de video SONY, em-pleando el software para morfometría enimágenes DIGIPAT de la Eicisoft y unmicroscopio electrónico de barrido Philipsde la serie XL-20. Para el procesamientoestadístico de los resultados experimentalesse trabajó con el programa STATGRAPHICS5.0. Los espectros se registraron en unespectrofotómetro FT-IR Bruker IFS60v enpastillas de KBr. Las mediciones de pH serealizaron en un pHmeter Eutech instru-ments CyberScan pH 1100.

Se utilizó como fuente de celulosa,pulpa para disolver grado rayón con ungrado de polimerización promedio, viscosi-métrico GPv 1000, bisulfuro de carbono,epiclorhidrina, ácido oléico, ácido monoclo-roacético, todos de la firma Riedel-deHaën(Alemania), hidróxido de sodio; BDH(Inglaterra) y NH2-CD (donado porLaboratorio Bioinorgánica, facultad deQuímica, Universidad de La Habana). Losdemás reactivos utilizados son de las firmasmencionadas anteriormente.

Obtención de la CELEF

El estudio de la obtención de la CELEFse realizó a través de un diseño de experi-mentos 23 de forma aleatoria, con el objeti-vo de desarrollar métodos de síntesis quepermitieran regular el tamaño promedio y ladistribución de tamaño de las partículasesféricas de celulosa, así como su forma,siendo los parámetros variables la concen-

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of conjugate (CM-CELEF-NHCD) decreases to 0,93 meq/g, pointing out that 20% of theactive groups were involved in the immobilization reaction of the NH2-CD. By FT-IR spec-troscopy was observed the characteristic bands of both products.

Keywords: cellulose, CM-CELEF, NH2-CD.

tración de ácido oléico; velocidad de agita-ción (VA) y la temperatura (T). La variabledependiente seleccionada fue el tamaño delas partículas para cada uno de los experi-mentos y se observó la esfericidad.

La CELEF se preparó siguiendo el proce-dimiento reportado por Quintela (11). Elxantogenato de celulosa se sintetizó con uncontenido de celulosa al 7%.

Obtención de la CM-CELEF

Se dispersaron 15 g de CELEF en 2-pro-panol y se añadió lentamente con agitación,una disolución de NaOH. La mezcla se agitódurante 30 minutos a temperatura ambien-te. Se añadió lentamente epiclorhidrina yácido monocloroacético, disuelto en 2-pro-panol, se incrementó la temperatura hasta70 °C y se mantuvo bajo estas condicionesdurante 60 minutos. Finalmente, al produc-to se le adicionó HCl 1mol/L hasta pH ácido,se filtró y se lavó con agua desmineralizadahasta su neutralidad y se almacenó en eta-nol al 20%.

Inmovilización de la ciclodextrina

Se trataron 100 mg de CM-CELEF con 30mg de N-(3-dimetilaminopropil)N´-etilcar-bodiimida (EDAC) en buffer fosfato pH=6 atemperatura ambiente durante 15 minutos. Ala mezcla de reacción se le adicionaron 20mg de mono-6-amino-6-desoxi-β-ciclodextri-na (NH2-CD) (12) y la suspensión fue agitadadurante 1 hora a temperatura ambiente. LaCM-CELEF derivatizada se lavó con abun-dante agua desmineralizada y acetona y pos-teriormente se secó al vacío sobre P2O5.

Caracterización de los productos obtenidos

Microscopía óptica. Se digitalizaron aleato-riamente varias imágenes, de una mues-tra del producto en suspensión acuosa yse obtuvo el radio de más de 300 partícu-las.

Microscopía electrónica. Una muestra secadel producto se fijó sobre una cinta adhe-siva que estaba adherida sobre el porta-objeto. Posteriormente se trató con vapo-res de oro hasta lograr una capa superfi-

cial homogénea con un espesor del ordende los nanómetros.

Propiedades físicas La porosidad, volumende sedimentación y retención de agua sedeterminaron según, el procedimientodescrito en la literatura (11).

Capacidad de intercambio (Ci). La Ci sedeterminó mediante una valoración porretroceso, según la técnica reportada,(13).

Rango de pH de trabajo de la CM-CELEF. Elintercambiador CM-CELEF se valorópotenciométricamente con NaOH 0,05mol/L en KCl 1 mol/L con agitación cons-tante, realizándose las correspondienteslecturas de pH.


Obtención y caracterización de la CELEF

En la figura 1 se representan algunas delas reacciones involucradas durante la diso-lución-regeneración de la celulosa en formade partículas esféricas así como la síntesisde la CM-CELEF entrecruzada.

Dadas las particularidades del polímeroen estudio y la necesidad de contar conmétodos de síntesis que permitan regular eltamaño promedio y la distribución de tama-ño de las partículas esféricas de celulosa, seensayaron diferentes condiciones de sínte-sis empleando siempre keroseno comomedio de dispersión y ácido oléico comotensoactivo (TA).

En algunos de los experimentos realiza-dos no fue posible la obtención de partícu-las en forma esférica, pues ocurría la forma-ción de aglomerados. Esto se debe a la bajaconcentración de TA, que no es capaz deestabilizar las gotas en estado líquido delxantogenato de celulosa en la etapa inicialdel proceso de coagulación y a la velocidadde agitación utilizada, que favorece las coli-siones entre las partículas, contribuyendo ala deformación de estas. Por otra parte, enotros experimentos se manifestó un efectoinverso a lo ocurrido en los explicados ante-riormente, en ellos se observó la formaciónde partículas esféricas pero no existía uni-formidad entre ellas, además con una distri-bución de tamaño muy amplia.

El tratamiento de los resultados experimen-tales se ajustó a un modelo de regresión lineal

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múltiple, ecuación 1, que describe la relaciónentre el tamaño de partículas (TP) y las tresvariables independientes estudiadas, las cualesson inversamente proporcionales al TP.

En la tabla 1 se exponen los valores delestadístico t en orden decreciente de su coe-ficiente para cada una de las variables estu-diadas, siendo la concentración de TA lamás significativa, luego la VA y por último

la T, porque en el rango estudiado no sepudo demostrar su influencia sobre el tama-ño y la geometría de las partículas.

En la figura 2 se ilustra la influencia delas condiciones experi-mentales en la forma delas partículas de CELEF,las cuales fueron obteni-

das bajo diferentes condiciones experi-mentales.

La curva de distribución de tamaño departículas obtenida en los experimentosexplicados anteriormente se muestra en lafigura 3. Las dos curvas son unimodal ajus-tándose a una distribución Gaussiana. Lafigura 3 I es simétrica alrededor del valorpromedio de tamaño de partícula (86 µm),no siendo así en la figura 3 II, donde lacurva de distribución es asimétrica con colaa la derecha y los tamaños de partículas nose encuentran alrededor del valor prome-dio.

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Figura 1. Disolución-regeneración de la celulosa y síntesis del intercambiador de iones CM-CELEFentrecruzado.

TP=162,364 - 13.25 x [TA] - 0,192808 x T - 0,0075 x VA (Eq. 1)

Tabla 1: Análisis de regresión múltiple

Parámetros E sta dís t ico t

Conc. tensoactivo -16,3510 Vel. agitación -3,70212 Temperatura -2,14287

Síntesis y caracterización del intercambia-dor iónico CM-CELEF

Utilizando las siguientes condicionesexperimentales, 4% [TA], 1200 rpm y 80°C,

se obtuvieron las partículas de CELEF quefueron empleadas en la síntesis de la carbo-ximetilcelulosa esférica entrecruzada (CM-CELEF). En la figura 4 se representan lasimágenes de las partículas de CELEF y CM-

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Figura 2. Microscopía óptica de las partículas de CELEF obtenidas bajo diferentes condiciones expe-rimentales.

Figura 3. Curva de distribución de tamaño de partículas.

I: [TA] 4%, [VA] 1200 rpm, [T] 80°C II: [TA] 3%, [VA] 800 rpm, [T] 70°C.

I: [TA] 4%, [VA] 1200 rpm, [T] 80°C II: [TA] 3%, [VA] 800 rpm, [T] 70°C.

Figura 4. Microfotografías obtenidas por MEB de la CELEF y CM-CELEF.

CELEF obtenidas por microscopía electróni-ca de barrido (MEB), donde se muestra laforma esférica y la textura de la superficie.

Las propiedades estudiadas de la CELEFy del intercambiador iónico CM-CELEF,cuya capacidad de intercambio para iónpequeño fue 1,6 meq/g. se reportan en latabla 2.

El espectro FTIR que se representa en lafigura 5 posee las bandas: νO-H, νC-H y νC-Oalrededor de los 3500, 2950 y ~ 1000 cm-1

respectivamente, características de los ani-llos de glucosa. La modificación de los gru-pos -OH por -OCH2COOH se puede corro-borar por la aparición de una nueva bandaintensa en 1755 cm-1, correspondiente a laνC=O del grupo carboxilo, con relación alespectro de la celulosa sin modificar.

Rango de pH de trabajo de la CM-CELEF

La curva de valoración de la CM-CELEF,figura 6, se corresponde con una resina deintercambio catiónico débil, donde se mues-tra un salto a valores de pH entre 4,5-8,0. Enesta zona los grupos carboxilos están ioni-zados correspondiendo con el rango óptimode trabajo, o sea, en este intervalo es dondeocurre la mayor adsorción. A valores de pH

inferiores o superiores la resina tiene pocaefectividad por no estar ionizada.

La CM-CELEF fue evaluada en la inmo-vilización de NH2-CD siguiendo la estrate-gia mostrada en la figura 7. Esto implica lareacción de los grupos-COOH del carboxi-metilo con la NH2-CD para formar unaamida. Esta reacción se llevó a cabo en pre-sencia de un agente copulante (EDAC), quese adiciona al grupo -COOH favoreciendo laformación del enlace amida (-CONH-). Estose puede corroborar en el espectro FTIRrepresentado en la figura 8, por la apariciónde una nueva banda en 1614 cm-1 corres-pondiente a la νC=O del grupo carboxilo y ladisminución de la intensidad de la banda en1743 cm-1 del grupo -COOH.

La disminución de la frecuencia de labanda νC=O al pasar del grupo -COOH al -CONH se explica por el mesomerismo quepresenta el grupo amida, que provoca eldebilitamiento del doble enlace C=O y portanto, la disminución de su frecuencia devibración.

Por otra parte, el enlace de la NH2CD a laCM-CELEF provoca una disminución de laCi hasta 0,93 meq/g, lo que indica que el20% de los grupos activos participaron en lareacción de inmovilización de la NH2CD.

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Tabla 2. Propiedades del intercambiador iónico CM-CELEF.

P r op ied a d e s CELEF CM-CELEF Porosidad (%) 95,4 97,5 Vol. sedimentación (mL/g) 15,7 29,2 Retención de agua (gH2O/g) 4,9 21,2 Capacidad de intercambio (meq/g) - 1,6 Forma física esferas esferas

Figura 5. Espectros FT IR de los productos obte-nidos A) CELEF, B) CM-CELEF

Figura 6. Curva de valoración de la CM-CELEFcon NaOH 0,05 M en KCL 1M. Inmovilizaciónde la monoaminociclodextrina.

En esta reacción no todos los grupos reac-cionaron debido al impedimento estérico dela NH2-CD.

CONCLUSIONES

1. Se obtuvieron partículas de celulosa enforma esférica a partir de una solución dexantogenato de celulosa, en medio bási-co, utilizando ácido oléico como tensoac-tivo

2. Con una concentración de tensoactivo4% y velocidad de agitación de 1200 rpmse obtuvieron partículas con un tamañopromedio de 86 µm.

3. Los valores de temperatura (70,80 y 88 °C) no influyeron deforma significativa en el diáme-tro medio de las partículas esfé-ricas de celulosa.

4. La funcionalización de la celu-losa esférica con grupos carboxi-metilo permitió obtener partícu-las con una capacidad de inter-cambio de 1,6 meq/g y el rangode pH de trabajo de 4,5-8.

5. La inmovilización de la NH2CDen la CM-CELEF fue demostradapor la aparición en el espectroFTIR de una nueva bandacorrespondiente al enlace amiday por la reducción de la Ci de laCM-CELEF.


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Figura 8. Espectros FTIR de los productos A) CM-CELEFB) CM-CELEF-NHCD.

Figura 7. Obtención de la CM-CELEF-NHCD

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Lixis Rojas-Sariol, Yaniris Lorenzo-Acosta, Fidel Domenech-López


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RESUMEN

Se estudia la influencia de diferentes ácidos y nutrientes en el ajuste del pH de mediosde fermentación alcohólica a partir de melaza de caña de azúcar. El objetivo es evaluarde manera preliminar la sustitución de compuestos azufrados por otros que no aportenazufre a los medios de fermentación, debido a que el contenido de sulfatos (SO2) pre-sentes en las vinzas depende en gran medida del azufre que se incorpore a la fermenta-ción alcohólica, mediante la adición de los nutrientes y ácidos que se empleen. Es impor-tante que la vinaza tratada mediante digestión anaeróbia presente bajas concentracio-nes de sulfatos para minimizar en el biogás producido el contenido de H2S, evitar lacorrosión del equipamiento empleado en el uso del biogás y disminuir los costos de de-sulfuración.Sin embargo, los resultados muestran que no es recomendable sustituir el ácido sulfúri-co y el sulfato de amonio empleados industrialmente en los medios de fermentación alco-hólica, ya que para alcanzar el valor de pH deseado se adicionan menores cantidadesde ácido cuando se usa ácido sulfúrico en un medio de fermentación compuesto por fos-fato de amonio y sulfato de amonio, además económicamente también es aconsejableusar este ácido, porque es más barato con respecto a los ácidos estudiados.

Palabras clave: fermentación alcohólica, ajuste de pH, compuestos azufrados.

ABSTRACT

The influence of different acids and nutrients in the pH adjustment ethanol fermentationbroths from sugar cane molasses is studied in this paper. The objective is to evaluate ina preliminary way the substitution of sulphur compounds by others that do not contribu-te to the increase of this element to fermentation broth, by sulpahte content (SO2) presentin vinasses it is important that vinasses contain low conventration of sulphates to gua-rantee low concentrations of H2S in the biogas produced by means of anaerobic diges-

INTRODUCCIÓN

La fermentación alcohólica es el resulta-do del proceso respiratorio anaerobio de laslevaduras. A escala industrial se usa porexcelencia la levadura Saccharomyces cere-visiae, como microorganismo responsablede la fermentación en el proceso de produc-ción de alcohol. De este proceso se obtieneademás vinaza, residual líquido muy agresi-vo para el medio ambiente, vapores ricos enalcohol y CO2, los cuales pueden ser recu-perados para aumentar eficiencia y reducircostos (1).

Durante la fermentación alcohólica lasbacterias contaminantes compiten con laslevaduras por el azúcar y los nutrientes;causando un descenso significativo en laproducción de etanol, por tanto, cuantomenor sea el pH más protegido se encuentrael medio de fermentación ante posibles ata-ques bacterianos. Para ajustar el pH de losmedios de fermentación se emplea princi-palmente ácido sulfúrico (2).

Cuando se destila el mosto fermentadode melazas y jugos de caña de azúcar paraproducir etanol, se obtiene un residuo líqui-do de color oscuro llamado vinaza. Estasvinazas tienen composiciones distintas yvarían de una fábrica a otra (3), dependien-do de:• El tipo y características del sustrato

empleado, (mieles o jugos).• La calidades de todas las materias primas

a utilizar en el proceso• El tipo de microorganismo utilizado

(levadura o bacteria) (4).• Las condiciones de fermentación.• La eficiencia del proceso de destilación y

su equipamiento.• La eficiencia de fermentación (5).• La recuperación eficiente previa de la

levadura.

Así las vinazas tienen composicionesdiferentes entre las destilerías de alcohol, yen menor grado para una misma destileríaen cada etapa del año (3,6).

Las vinazas o mostos de destilerías cons-tituyen el principal residual de la industriaalcoholera. Es un residuo que genera efectossecundarios indeseables tales como conta-minación de ríos, fuentes de aguas subterrá-neas y mares cercanos a estas instalaciones,por lo que su tratamiento y disposiciónconstituyen una gran preocupación del sec-tor azucarero. Uno de los tratamientos másfactibles es su uso para producir biogásmediante la digestión anaerobia. Este trata-miento permite: reducir en un 75% la cargaorgánica contaminante de las vinazas, obte-ner lodo fertilizante y aguas para ser utiliza-das en el fertirriego, dejando de emitir gasesde efecto invernadero, mejorando por endeel ambiente y obteniéndose energía renova-ble (7,8), que se produce mediante un pro-ceso metabólico de descomposición de lamateria orgánica sin la presencia del oxige-no del aire, que por su alto valor calórico de4435 a 5191 kcal/m3 puede ser utilizado confines energéticos.

En principio el biogás puede ser emple-ado en cualquier equipo comercial diseñadopara utilizar gas natural, sin embargo, en elproceso de producción de biogás tanto elazufre orgánico, presente en algunos amino-ácidos como el inorgánico, pueden ser redu-cidos a H2S (figura 1); un gas muy tóxicopara el hombre y el ambiente y altamentereactivo con los metales hierro y cobre, ori-ginando la corrosión del equipamientoempleado. Por esta razón, es necesario ladesulfurización del biogás como tratamien-to previo a su uso, siendo la desulfurizaciónbiológica el tratamiento más barato (9,10).

El contenido de sulfuro de hidrógeno(H2S) del biogás producido mediante diges-

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tion, to prevent corrosion of the equipment used in biogas and to decrease the desulfuri-zation costs.Results show that it is not convenient to substitute sulphuric acid and ammonium sul-phate industrially used in the broths for ethanol fermentation, since the woeking pH isobtained with lower amounts of acid when sulphuric acid for this purpose together withammonium sulphate. On the other hand, sulphuric acid is cheaper than rest of the acidsstudied.Key words: ethanol fermentation, pH adjustment, sulphur compound.

tión anaerobia, depende en gran medidadel sulfato (SO4) presente en las vinazasobtenidas en los procesos de producción deetanol y a su vez, los sulfatos de las vinazasdependen, en gran medida, del azufre quese incorpore a la fermentación alcohólica.(12,13).

El azufre se incorpora al medio de fer-mentación por tres vías fundamentales: áci-dos empleados para ajustar el pH del mediode fermentación, miel como fuente de car-bono (ver tabla 2) y sales nutrientes.

Si se sustituye alguno de estos compues-tos por otros que no aporten azufre es posi-ble disminuir el contenido de sulfatos en lavinaza y producir biogás con bajas concen-traciones de sulfuro de hidrógeno.

El objetivo que se persigue en esta inves-tigación es evaluar la influencia de diferen-tes nutrientes y ácidos en el pH del mediode fermentación, teniendo en cuenta quealgunos contienen en su composición azu-fre y otros no.


Se procedió al estudio del ácido sulfúri-co (H2SO4), ácido fosfórico (H3PO4 y ácidonítrico (HNO3) para ajustar el pH de tresmedios diferentes de fermentación. Pararealizar el ajuste de pH de los medios, seemplearon todos los ácidos en concentra-ción de 50 % y se utilizó un pH metro digi-

tal HANNA, siguiendo el procedimientodescrito en el manual de Métodos Estándarpara el Análisis de Aguas y AguasResiduales (14).

Para determinar la composición de salesen el medio se consideró la composiciónmolecular reportada en la literatura de lalevadura Saccharomyces cerevisiae, levadu-ra de alta capacidad fermentativa, que esempleada en los procesos industriales defermentación alcohólica (13).

La composición de los medios estudia-dos se muestra en la tabla 1.

Se emplea como fuente de carbonomelaza procedente del ingenio azucareroHeriberto Duquesne. La caracterización quese muestra en la Tabla 2 se realizó en elLaboratorio de Agua y Aguas Residuales delInstituto Cubano de Investigaciones de losDerivados de la Caña de Azúcar. En elmedio de melaza diluida, se ajustaron losreductores totales iniciales a 14,5 %.

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Figura 1. Ciclo del azufre en la naturaleza (11)

Tabla 1. Composición de los medios de fermentación

M e d ios S ales

I Fosfato de amonio, sulfato de amonio II Fosfato de amonio, urea III Fosfato de amonio, nitrato de amonio

RESULTADOS Y DISCUSION

El pH del vino de 3,1- 4 no es el idóneopara un comportamiento fisiológico óptimode las levaduras. Cuanto menor sea el pH,más lejos del pH óptimo estarán las célulasde levaduras para la bioconversión de losazúcares fermentables. No obstante, losvalores de pH bajos protegen la batición dela contaminación por bacterias (2). En estu-dios de fermentación realizados a tempera-tura de medio 32 ±2 °C y pH 4,6-4,8 seobtuvo el máximo rendimiento de etanol, aconcentraciones bajas de ácido (15, 13)

A partir de los resultados anteriores, elanálisis del comportamiento de los diferen-tes ácidos en cuanto a consumo, es demayor importancia para el intervalo de pH 4- 5. Las figuras 2-4 muestran el comporta-miento de cada uno de los ácidos emplea-dos en función de cada medio de fermenta-ción.

Los tres medios de fermentación sondiferentes con relación a la fuente de nitró-geno empleada. En el medio I se usó sulfatode amonio, medio II urea y medio III nitrato

de amonio; a pesar de estadiferencia el pH de cadamedio antes de adicionarácido para el ajuste del pHdeseado fue 6.

En los medios I y II elmayor consumo de ácido,para los diferentes niveles depH, se alcanza cuando seemplea ácido fosfórico,siguiendo en orden descen-dente: el ácido nítrico y elácido sulfúrico. Sin embargo,en el caso del medio III, com-puesto por fosfato de amonioy nitrato de amonio, en elintervalo de pH de 4 a 5,5,existe mayor consumo deácido nítrico (figuras 2-4).

El ácido sulfúrico presentael mejor comportamiento encuanto a consumo, para cadamedio de fermentación. En elcaso del medio I constituidopor sulfato de amonio y fosfa-to de amonio se aprecian losmenores valores de consumode este ácido (figura 5).

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Tabla 2. Caracterización de miel B Análisis UM V alor pH % 5,25 Materia seca gravimétrica % 82,339 Cenizas % 8,39 P2O5 % 0,26 Nitrógeno total % 0,34 Azúcares reductores totales % 66,83 Azúcares reductores libres % 19,67 Azúcares reductores inferiores mg/L 3,25 Lodos % 4 Demanda Química de Oxígeno mg/L 5103000 Calcio mg/L 1,10 Nitrógeno total mg/L 1400 Fósforo digerido mg/L 24415,88 Sólidos totales mg/L 423166,67 Sólidos totales fijos mg/L 40466,67 Sólidos totales volátiles mg/L 3822700 Sólidos disueltos totales mg/L 385800 Sólidos disueltos fijos mg/L 34800 Sólidos disueltos volátiles mg/L 351000 Sólidos suspendidos totales mg/L 37366,67 Sólidos suspendidos fijos mg/L 5666,67 Sólidos suspendidos volátiles mg/L 31700 Sulfatos mg/L 8020,85 Demanda Bioquímica de oxígeno mg/L 125000

Figura 2. Ajuste de pH del medio I compuestopor fosfato de amonio y sulfato de amonio.

Figura 3. Ajuste de pH del medio II compuestopor fosfato de amonio y urea

Es recomendable utilizar ácido sulfúricopara ajustar el pH de los tres medios de fer-mentación estudiados, porque permiteemplear menores volúmenes con respecto alácido nítrico y ácido fosfórico. En el casodel medio de fermentación compuesto porfosfato de amonio y sulfato de amonio, lascantidades de ácido para el ajuste del pHdeseado, son menores.

Económicamente también es atractivo eluso de ácido sulfúrico ya que de todos losácidos estudiados es el más barato (tabla 3).

CONCLUSIONES

El empleo de ácido sulfúrico para ajustarel pH de los medios de fermentación alco-hólica estudiados permite utilizar menores

volúmenes de este ácido con respecto alácido nítrico y fosfórico. Por otra parte, elácido sulfúrico es el más económico de lostres ácidos empleados en el estudio. Detodos los medios empleados, el más adecua-do para el ajuste de pH en cuanto al consu-mo de ácido sulfúrico se refiere, es el mediode fermentación compuesto por fosfato deamonio y sulfato de amonio.


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Figura 4. Ajuste de pH del medio III compuestopor fosfato de amonio y nitrato de amonio

Figura 5. Ajuste de pH empleando ácido sulfú-rico en los tres medios de fermentación.

Tabla 3. Precios de ácidos*

Pro du c to U M P rec io total Ácido fosfórico tm 1307,99 Ácido nítrico tm 426 Ácido sulfúrico tm 207

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Revista icidca vol 45 no2 2011

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