Producción de gases de efecto invernadero con subproductos de palma de aceite

En México existen agroindustrias, como lo es la de la Palma de Aceite; esta agroindustria en su fase de extracción de aceite crudo, genera subproductos de desecho sólidos y líquidos en grandes cantidades, desechos como el cuesco, el cual por cada tonelada de fruta fresca (TFF) son 55 kg que se obtiene, del palmiste son 140 kg/TFF, de los efluentes 650 l/TFF y del raquis 250 kg/TFF (Stichnothe, 2016). La agroindustria de palma de aceite, la cual incluye el cultivo, extracción, refinamiento y comercialización de aceite, ocasiona grandes impactos ambientales. Cuando está en la fase de extracción del aceite crudo, genera desechos sólidos, líquidos, o bien, una combinación de ambos, que pueden ser aprovechables, con un rendimien-

* Universidad Autónoma de Chiapas, Facultad de Ciencias Agrícolas

to estimado del 35%, del cual el 23% es aceite de palma, el 7% es aceite de la nuez de palma y un 5% de harina de almendra, el restante 65% son residuos sólidos conformados por el raquis (23%) cáscara (5%), lodos deshidratados de la clarificación (24%) y fibra (13%) (Garzon, 2015).

Todos estos subproductos al ser arrojados al ambiente de manera directa ocasionan una fuerte contaminación del agua y suelo; estos desechos a su vez se descomponen y generan fuertes emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI). Pero existe una alternativa, al ser tratados estos desechos correctamente, evitando desecharlos directamente en el ambiente y sujetarlos a un tratamiento previo, por ejemplo una fermentación anaerobia, la cual genera energía eléctrica y biogás, representan una alternativa ecológica para reducir el impacto ambiental (Fang, 2010). Por lo tanto, el objetivo general de esta investigación es cuantificar la producción de Gas Metano (CH4) y Dióxido

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INTRODUCCIÓN

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Citalán-Herrera, Isabel*; Ley-de Coss, Alejandro*; Arce-Espino, Consepsión*

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Producción de Gases de Efecto Invernadero (GEI) con Subproductos de la Palma de Aceite (Elaeis guineensis Jacq.)

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de Carbono (CO2), como resultado de la fermentación anaerobia in vitro de la mezcla de subproductos de la palma de aceite y líquido ruminal fresco como inoculante, analizando cual mezcla es la que mayor rendimiento tiene. Uno de los objetivos específicos, sería determinar y cuantificar las bacterias que participan en la degradación del material a fermentar. Con estos objetivos planteados, se espera que sea el tratamiento palmiste el que mayor producción de gas obtenga y que sea donde exista la mayor participación de bacterias descomponedoras del material orgánico.

MATERIALES Y MÉTODOS

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Materiales

Los materiales a usar en el experimento como sustratos, son los subproductos de la palma de aceite: cuesco y palmiste, además se utilizará líquido ruminal fresco (LRF) como inóculo.

Métodos Experimentales

Se utilizaron digestores portátiles (fermentadores) para dar tratamiento anaeróbico a los desechos orgánicos.

Los tratamientos fueron los siguientes: Tratamiento 1. Testigo (250 ml de un medio de cultivo anaerobio

+ 200 ml de líquido ruminal fresco).

Tratamiento 2. 10 g palmiste + 250 ml de un medio de cultivo anaerobio + 200 ml de líquido ruminal fresco.

Tratamiento 3. 10 g coquillo + 250 ml de un medio de cultivo anaerobio + 200 ml de líquido ruminal fresco.

Se utilizaron 4 biodigestores portátiles por cada tratamiento. Cada prueba tuvo tres repeticiones y un período de tiempo de 24, 48, 72 y 96 horas, los cuales estuvieron en incubación en un baño maría a 38°C. Variables a medir

Presión de gases y gases totales. Se midieron con un manómetro en un período de tiempo de 24, 48, 72 y 96 horas.

Medición de la digestibilidad in vitro de la materia seca (DIVMS). Se utilizaron tubos de ensayo de 18x150 (por triplicado) a los cuales se le depositó 0.2 a 0.3 g de subproducto de la palma de aceite y 9 mL del medio de cultivo anaerobio, el cual fue inoculado con 0.5 mL de LRF e incubado a 38°C. El período de incubación fue de 24, 48 y 72 horas; al término de cada período se restó el material adicionado al momento de la inoculación, filtrando con la ayuda de una bomba de vacío el material residual en papel whatman No. 54. El residuo

decimales de 10-1 hasta 10-13 y se hicieron tres repeticiones por dilución.

Se incubaron las diluciones por 24 horas a 38°C. Se consideraron con crecimiento positivo los tubos que presentaron medio de cultivo turbio.

Variables microbiológicas

Bacterias celulolíticas. El medio de cultivo utilizado para bacterias celulolíticas se presenta en el Cuadro 2. La concentración de bacterias celulolíticas se determinó por la técnica número más probable (NMP) con diluciones de 10-1 hasta 10-10, con tres repeticiones por dilución. Las diluciones se incubaron a 38°C por 24 horas. La presencia de bacterias celulolíticas se determinó cuando los tubos

Cantidad para 100 mL de medio de cultivo

Agua destilada Líquido ruminal clarificado (1) Solución mineral I

(2)

Solución mineral II

(3)

47.42 mL 30.0 mL 5.0 mL 5.0 mL

Carbonato de sodio 8%

(4)

5.0 mL

Acetato de sodio, 1.5%

(5)

5.0 mL

Solución sulfido-cisteína

(6)

2.0 mL

Solución rezasurina al 0.1% (7) Tripticasa-peptona

0.1 mL

Extracto de levadura

0.10 g

Glucosa

0.06 g

Celobiosa

0.06 g

Almidón

0.06 g

0.20 g

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Compuesto

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Cuadro 1. Composición del medio de cultivo base para crecimiento y supervivencia de bacterias totales.

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Bacterias totales (BT). La preparación del medio de cultivo usado para el conteo de bacterias totales se observa en el Cuadro 1. Una vez preparado el medio y llenado los tubos, se incubaron para comprobar esterilidad, por 72 h a 38°C. Se utilizó la técnica NMP para calcular la concentración de bacterias por mL de medio de cultivo, esto se hizo con diluciones

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se secó en una estufa a 70°C por 24 horas y se pesó en una balanza analítica. Para calcular el porcentaje de sustrato que no se degradó, los datos fueron concentrados en una hoja de cálculo del programa Microsoft Excel.

Nitrógeno amoniacal. Se tomó una muestra de 2 mL de medio cultivo y fue centrifugada a 3,000 revoluciones por 10 min, se recolectó 1.5 mL y se adicionó 0.375 mL de ácido metafosfórico, así la proporción fue de 4:1. Se mantuvo en refrigeración para posteriormente centrifugarla a 3,500 revoluciones por 25 min, de lo que se recupera es depositado en viales de 2 mL y se almacena a una temperatura de -10°C hasta su valoración que consiste en tomar 20 µL y depositarlos en tubos de ensayo de 10 mL, a esto se le adiciona 1 mL de fenol y de hipoclorito de sodio.

1310

presentaron el papel celulosa degradado. Para determinar confiabilidad y para calcular la concentración de bacterias, se utilizó la fórmula utilizada en el conteo de bacterias totales.

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Cuadro 2. Composición del medio de cultivo base para crecimiento y supervivencia de bacterias celulolíticas

Compuesto

Cantidad para 100 mL de medio de cultivo

Agua destilada

52.60 mL

Líquido ruminal clarificado

30.0 mL 5.0 mL 5.0 mL 5.0 mL 5.0 mL 2.0 mL 0.1 mL 0.20 g 0.10 g Una tira

(1)

Solución mineral I (2) Solución mineral II (3) Carbonato de sodio 8% (4) Acetato de sodio, 1.5% (5) Solución sulfido-cisteína (6) Solución rezasurina al 0.1% (7) Tripticasa-peptona Extracto de levadura

38°C. La presencia de BAL se observó en los tubos que estuvieron turbios. Se calculó la concentración de BAL por el método NMP y utilizando la fórmula descrita para el cálculo de BT y BC. Cuadro 3. Composición del medio de cultivo base para crecimiento y supervivencia de bacterias acidolácticas Compuesto

Cantidad (g) para 1,000 mL de medio de cultivo

Proteasa peptona Extracto de carne

10.0 8.0

Extracto de levadura

4.0

Glucosa

20.0 1.0 mL 2.0

Monoleato de sorbitán Fosfato de potásico Acetato de sodio

5.0

Citrato de amonio

2.0

Sulfato de magnesio

0.2

Sulfato de manganeso

0.05

pH final

6.4 ± 0.02

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Papel celulosa

Bacterias acidolácticas. Se preparó el medio de cultivo MRS para el cálculo de las bacterias productoras de ácido láctico (BAL), que se presenta en el Cuadro 3. Después de preparar el medio, se incubó por 72 h a 38°C para comprobar esterilidad. Los medios que no se contaminaron fueron inoculados con la prueba de DIVMS a las 24, 48 y 72 h. Se hicieron diluciones de 10-1 hasta 10-13 con tres repeticiones por dilución. Los tubos inoculados se incubaron por 24 h a

Diseño experimental y análisis estadístico

El diseño experimental fue completamente al azar, las unidades experimentales fueron distribuidas en cuatro tratamientos con tres repeticiones.

RESULTADOS Digestibilidad in vitro de la materia seca (DIVMS) de coquillo y palmiste a diferentes períodos de incubación.

72

96

Coquillo

49.04a

61.59b

72.17ª

79.15a

Palmiste

37.79a

55.21a

68.51ª

77.14a

EEM

4.85

6.21

4.53

5.32

CV

17.31

22.19

19.16

20.47

DMS

7.68

10.73

13.58

12.92

EEM= Error Estándar de la Media CV= Coeficiente de Variación DMS= Diferencia Mínima Significativa

En la DIVMS del palmiste, se observa que la digestibilidad aumenta en proporción al tiempo. Conforme el aumento de las horas, la degradación es mayor; así, a las 24 h se observa una degradación de 49.04 % y a las 96 h ésta aumentó a 68.15%. Desde el inicio de la incubación el coquillo fue el que tuvo mayor digestibilidad, esto se debe a la baja concentración de grasas comparado con el palmiste.

Al igual que en la DIVMS del palmiste, el coquillo presenta una degradación que aumenta en razón al tiempo. Es decir, a las 24 h el porcentaje de degradación es de 40.79 y conforme al paso de las horas, la degradación fue mayor, así al término de las 96 h, la degradación es de 77.14%. pH

A la hora cero, el pH de los tratamientos oscilaba entre 6.5 a 7.2. A

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48

Bacterias totales, c elulolíticas y acidolácticas Cuadro 5. Conteo de bacterias totales, celulolíticas y acidolácticas en los diferentes tratamientos Bacterias

Tratamientos Coquillo

Palmiste

B. totales

1.4x1010 a

3.5x1010 a

B. celulolíticas

3.5x1010 a

9.5x109 b

B. acidolácticas

1.6x1011 c

4.0x1010 b

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24

CONCLUSIONES Con base en los objetivos planteados y de acuerdo a la prueba de DIVMS y conteo de bacterias, el tratamiento palmiste es el que mayor presencia de bacterias totales, celulolíticas y acidolácticas tiene. Aunque en la DIVMS, el coquillo es el que se degrada más rápidamente; esto da a saber que es el que mayor cantidad de gases produce. Por lo tanto, la hipótesis es rechazada, ya que dice que es el palmiste el que mayor cantidad de gases produce.

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Tratamientos

Parámetros de tiempo para la degradación in vitro (horas)

partir de la hora 24 hasta la hora 96, los tratamientos empiezan a acidificarse; según reporte de Ley de Coss (2008) esto se debe al aumento en la cantidad de carbohidratos de fácil fermentación, adicionados a los medios de cultivo.

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Cuadro 4. Degradación de la materia seca de los tratamientos, coquillo y palmiste

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REFERENCIAS Fang, C., Angelidaki, I., Boe, K. 2010. Biogas production from food-processing industrial wastes by anaerobic digestion.

Garzón. G. P. V. 2015. Estudio de la generación de gas metano a partir del agua residual del proceso de extracción de aceite crudo de palma en biodigestores experimentales. Tesis profesional. Universidad San Francisco de Quito, Colegio de Ciencias e Ingeniería.

Ley de Coss. A. 2008. Identificación genética de Pediococcusacidilacti de fluido ruminal y efecto de dos ionóforos en su actividad fermentativa Stichnothe, H. 2016. Palm oil residues for biogas production. Thunen Institute of Agricultutal Technology, Bundesallee 50, 38116 Braunschweig, Germany.