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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA INGENIERÍA QUÍMICA RESIDENCIAS PROFESIONALES ASESOR INTERNO: M.I. MIRANDA MEDINA ANILÚ ASESOR EXTERNO: M.I.A. MANUEL ALBERTO SUSUNAGA MIRANDA PROYECTO DE RESIDENCIAS: DETERMINACIÓN DEL PROCESO DE REACONDICIONAMIENTO DEL SUSTRATO PARA EL CULTIVO DE CHAMPIÑON (Agaricus bisporus) UTILIZANDO ALGAS (Sargassum) E13020946 HERNÁNDEZ MORENO DAVID H. VERACRUZ, VER. A 27 DE FEBRERO DEL 2019 ii AGRADECIMIENTOS A mi asesor externo M.I.A. Manuel Alberto Susunga Miranda y asesora interna M.I. Miranda Medina Anilú que me ayudaron a realizar mi proyecto A mi madre María Elena Moreno Martínez que ha estado conmigo en las buenas y en las malas desde que nací A mis familiares y amigo que me han apoyado toda la vida iii RESUMEN El objetivo de este trabajo fue determinar el proceso de reacondicionamiento del sustrato agotado de champiñón (Agaricus bisporus) obtenido de la fábrica de champiñones El Riojal utilizando algas (Sargassum fluitans II) recolectadas de Playa del Carmen, Quintana Roo. Se llevó a cabo la determinación de los componentes fisicoquímicos del sargazo y el sustrato agotado de champiñón, así como su tratamiento para posterior compostaje por un mes en espera de poder regenerar el sustrato. Los resultados obtenidos mostraron la viabilidad de la reintroducción del sustrato en nuevos ciclos de cultivo reacondicionándolo con sargazo. Se destacan los altos valores de fósforo y potasio registrados en el sargazo además de su fácil almacenamiento y vida útil. Se obtuvo un valor bajo de nitrógeno y la proporción porcentual de N-P-K (1-10-3) obtenida en el sustrato reacondicionado utilizando Sargassum es recomendada como abono además de que cumple con la normativa aplicada en el mejoramiento de suelos. Los valores físicos del sargazo permiten su fácil asimilación por el sustrato agotado de champiñón, pero debe darse un correcto proceso de lavado debido a su alto valor en salinidad. Palabras clave: Agaricus bisporus, Sargassum fluitans, reacondicionamiento, sustrato agotado de champiñón. ABSTRACT The objective of this work was to determine the process of reconditioning the exhausted mushroom substrate (Agaricus bisporus) obtained from the El Riojal mushroom factory using algae (Sargassum fluitans II) collected from Playa del Carmen, Quintana Roo. The determination of the physicochemical components of the sargassum and the exhausted mushroom substrate was carried out as well as its treatment for subsequent composting for a month in the hope of regenerating the substrate. The results obtained showed the feasibility of reintroducing the substrate in new cultivation cycles, reconditioning it with sargassum. It highlights the high values of phosphorus and potassium recorded in the sargassum in addition to its easy storage and shelf life. A low nitrogen value was obtained and the percentage proportion of N-P-K (1-10-3) obtained in the reconditioned substrate using Sargassum is recommended as compost, in addition to complying with the regulations applied in the improvement of soils. The physical values of the sargassum allow its easy assimilation by the mushroom-depleted substrate but a proper washing process must be given due to its high salinity value. Key words: Agaricus bisporus, Sargassum fluitans, reconditioning, spent mushroom substrate. iv ÍNDICE. AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................... ii RESUMEN .......................................................................................................................... iii ABSTRACT ........................................................................................................................ iii ÍNDICE. .............................................................................................................................. iv ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ............................................................................................. v ÍNDICE DE FIGURAS .......................................................................................................... v ÍNDICE DE TABLAS .......................................................................................................... vi 1. NOMBRE DEL PROYECTO. ........................................................................................ 1 2. INTRODUCCIÓN. ......................................................................................................... 1 3. INFORMACIÓN DE LA EMPRESA. ............................................................................. 2 4. ANTECEDENTES. ....................................................................................................... 4 5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ......................................................................... 7 6. OBJETIVOS. ................................................................................................................ 8 7. JUSTIFICACIÓN. ......................................................................................................... 8 8. ALCANCE Y LIMITACIONES. ..................................................................................... 9 9. MARCO TEÓRICO. .................................................................................................... 10 9.1. Champiñón Agaricus bisporus. ........................................................................ 10 9.2. Cultivo del champiñón ...................................................................................... 12 9.3. Sustrato agotado de champiñón ...................................................................... 14 9.4. Sargazo S. fluitans ............................................................................................. 17 9.5. Normatividad ...................................................................................................... 21 9.6. Tratamientos ...................................................................................................... 21 9.7. Evaluación de parámetros ................................................................................ 24 10. PROCEDIMIENTO ..................................................................................................... 28 11. DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES ............................................................................ 30 12. DESARROLLO DEL PROYECTO .............................................................................. 32 13. CONCLUSIONES ....................................................................................................... 56 14. COMPETENCIAS DESARROLLADAS Y/O APLICADAS ......................................... 57 15. BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 58 16. ANEXOS .................................................................................................................... 63 v ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1Cultivo de champiñón Agaricus bisporus (Huerta, 2018) ............................................... 10 Ilustración 2 Cámara de cultivo de champiñón blanco (mushiberica, 2018) ..................................... 11 Ilustración 3 Cultivo de champiñón en sacos (Marquéz, 2017) ............................................................. 12 Ilustración 4 Pollinaza para el cultivo de champiñón (Bárcena, 2011) ............................................... 13 Ilustración 5 Sustrato agotado de champiñón (Cahn-Speyer, 2014) .................................................... 14 Ilustración 6 Sargazo S. fluitans (Álvarez,2016) ....................................................................................... 17 Ilustración 7 Detalle de arribazón (Dreckmann, 2013) ............................................................................. 18 Ilustración 8 Características del Sargazo (Oyesiku & Egunyomi, 2014) ............................................ 20 Ilustración 9 Pilas de compost (Cahn-Speyer, 2014) ................................................................................ 23 Ilustración 10 Determinación de N (Propia, 2018) .................................................................................... 26 Ilustración 11 Termobalanza (Sandoval, 2011) .......................................................................................... 27 Ilustración 12 Recolección de sargazo en Playa del Carmen (Dreckmann, 2013) .......................... 32 Ilustración 13 Laboratorio de química analítica (Propia, 2018) ............................................................ 33 Ilustración 14 Proceso de trituración del sargazo (Propia, 2018) .......................................................... 35 Ilustración 15 Autorización por parte de la empresa (Propia, 2018) .................................................... 35 Ilustración 16 Sustrato agotado de champiñón (Propia, 2018)............................................................... 38 Ilustración 17 Sargazo seco S. fluitans (Propia, 2018) ............................................................................. 38 Ilustración 18 Termobalanza midiendo la cantidad de humedad en una muestra de sargazo (Propia, 2018) ........................................................................................................................................................ 39 Ilustración 20 Mufla para la determinación de cenizas (Propia, 2018) ............................................... 48 Ilustración 21 Desecador con crisol enfriándose (Propia, 2018) ........................................................... 48 Ilustración 22 Muestra de sustrato agotado de champiñón (Propia, 2018) ....................................... 50 Ilustración 23 Tubo de ensayo preparado con muestra (Propia, 2018) ................................................ 50 Ilustración 24 Medición del nitrógeno (Propia, 2018) .............................................................................. 51 Ilustración 25 Medición del fósforo (Propia, 2018)................................................................................... 51 Ilustración 26 Medición del potasio (Propia, 2018)................................................................................... 52 Ilustración 27 Medición del pH (Propia, 2018) ........................................................................................... 52 Ilustración 28 Sargazo seco (Propia, 2018) .................................................................................................. 53 Ilustración 29 Sustrato mezclado con sargazo (Propia, 2018) ................................................................ 54 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Gama de colores para determinación de pH (Kessler, 2019) ................................................ 26 Figura 2 Diagrama de procedimiento (Propia, 2018) ................................................................................ 29 Figura 3 Sargazo S. natans Y S. fluitans (Florez-Leiva & Gavio, 2010) ........................................... 33 Figura 4 Irradiación diaria promedio mensual (Valdés, 2019)............................................................... 34 Figura 5 Humedad vs tiempo a 28°C (Group, 1998) ................................................................................. 34 Figura 6 Humedad perdida durante el tiempo sargazo (Propia, 2018) ................................................ 40 Figura 7 Humedad perdida durante el tiempo muestra 1 (Propia, 2018) ............................................ 42 Figura 8 Humedad perdida durante el tiempo muestra 2 (Propia, 2018) ............................................ 44 Figura 9 Humedad perdida durante el tiempo muestra 3 (Propia, 2018) ............................................ 46 Figura 10 Humedad perdida durante el tiempo comparación de las tres muestras (Propia, 2018) .................................................................................................................................................................................... 47 file:///F:/Reporte%20final.docx%23_Toc2154627 vi ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 Parámetros del compost durante su almacenamiento (Propia, 2018) ................................... 37 Tabla 2 Valores obtenidos durante la determinación de humedad en la termobalanza sargazo (Propia, 2018) ........................................................................................................................................................ 39 Tabla 3 Valores obtenidos durante la determinación de humedad en la termobalanza, muestra 1(Propia, 2018) ...................................................................................................................................................... 41 Tabla 4 Valores obtenidos durante la determinación de humedad en la termobalanza muestra 2 (Propia, 2018) ........................................................................................................................................................ 43 Tabla 5 Valores obtenidos durante la determinación de humedad en la termobalanza muestra 3 (Propia, 2018) ........................................................................................................................................................ 45 Tabla 6 Resultados obtenidos (Propia, 2018) .............................................................................................. 53 Tabla 7 Resultados obtenidos (Propia, 2018) .............................................................................................. 53 Tabla 8 Parámetros finales del sustrato regenerado de champiñón (Propia, 2018) ......................... 54 Tabla 9 Requisitos físico-químicos para mejoramiento de suelos Estado de México (Propia, 2018) ......................................................................................................................................................................... 55 Tabla 10 Requisitos físico-químicos para mejoramiento de suelos Ciudad de México (Propia, 2018) ......................................................................................................................................................................... 55 1 1. NOMBRE DEL PROYECTO. DETERMINACIÓN DEL PROCESO DE REACONDICIONAMIENTO DEL SUSTRATO PARA EL CULTIVO DE CHAMPIÑON (Agaricus bisporus) UTILIZANDO ALGAS (Sargassum) 2. INTRODUCCIÓN. La producción mundial de champiñón de París (Agaricus bisporus) supera las 3.400.000 toneladas por año (Planetoscope, 2010). Cada año la producción aumenta y así lo hacen los desechos de la industria, un ejemplo claro del crecimiento de esta industria se da en la fábrica de champiñones en Francia “Champignons de Canigou” la cual duplicará su producción en el año 2019 y buscan tratar de una manera más eficiente sus desechos. En ésta empresa la producción de champiñones en el año 2018 se daba en 8 cámaras de cultivo que, en total, producían entre 15 y 22 ton de champiñones por semana con una producción promedio de 18,5 ton, para esta cantidad de champiñones, se generaban aproximadamente 75 ton de sustrato agotado de champiñón y un 20% de pie de champiñón de la cosecha total que equivalen a 3.7 ton aproximadamente. Afortunadamente, para la producción de champiñones no es necesario contar con fertilizantes durante su cultivo (ConsoGlobe, 2012), pero aun así los desechos generados no son tratados adecuadamente y se necesita un método para poder reutilizar el sustrato agotado de champiñón. La producción de champiñón en el estado de Veracruzse centra en el municipio de Las Vigas de Ramírez por la empresa El Riojal, su operación se da de forma asociada con diferentes agricultores “satélite” lo que significa que actúan bajo un contrato de Agro-asociación como células autónomas pero a la vez relacionadas lo que proporciona certidumbre económica (Agroconsultoraplus, 2018). Su producción de desechos es mayor pues cuentan con 20 cámaras de cultivo, por lo que es muy pertinente encontrar una manera de reutilizar su sustrato agotado de champiñón. Para el proyecto, se tratará el sustrato agotado del champiñón para su reacondicionamiento en el proceso, se espera que con éste método el sustrato agotado pueda recuperar sus nutrientes y así poder ser reutilizado en el proceso lo que disminuirá los desechos producidos y bajará los costos de producción, para éste fin, una de las materias primas que se usará es el sargazo. El sargazo es un tipo de alga que desde el 2016 está arribando a costas del caribe mexicano en grandes cantidades. La Secretaría del Medio Ambiente (SEMA) del estado de Quintana Roo confirmó que desde el 19 de junio y hasta 2 el 21 de agosto del 2018 se habían recolectado de las playas de Quintana Roo un total de 134.592 de sargazo (Yucatan, 2018). Es considerado desecho por los habitantes y no tiene un uso práctico. Sin embargo, el sargazo cuenta con ciertas propiedades que podrían ser beneficiosas para el suelo, así como para productores de alimentos o plantas que brindan un provecho al medio ambiente (verdad, 2018). Durante el proyecto, se buscará usar los nutrientes encontrados en el sargazo y con ellos se espera poder regenerar el sustrato agotado de champiñón, esto traerá un beneficio para los productores de champiñones a la vez de que se le podrá dar un uso al sargazo. 3. INFORMACIÓN DE LA EMPRESA. El Instituto Tecnológico de Veracruz, fue fundado el I° de marzo de 1957 por el Presidente de la República Don Adolfo Ruiz Cortines. En el continuo de la calidad, el ITV logra la acreditación de los programas académicos de Ingeniería Industrial, Ingeniería Bioquímica, Ingeniería Química e Ingeniería en Sistemas Computacionales en el 2006 y con ello para inicios del 2007 logra el reconocimiento de Institución de Alto Desempeño, al tener más del 70% de su matrícula inscritos en licenciaturas reconocidas por su calidad. Departamento de Ingeniería Química-Bioquímica Jefa del Departamento M.G.A. Araceli Rodríguez Andrade Planear, coordinar, controlar y evaluar las actividades de docencia, investigación y vinculación en las áreas correspondientes a ingeniería química y bioquímica que me impartan en el instituto tecnológico, de conformidad con las normas y lineamientos establecidos por la Secretaria de Educación Pública. Elaborar el programa operativo anual y el anteproyecto de presupuesto del departamento y presentarlos a la Subdirección Académica para lo conducente. Aplicar la estructura orgánica autorizada para el departamento y los procedimientos establecidos. Coordinar con las divisiones de estudios profesionales y de posgrado e investigación, la aplicación de los programas de estudio y con el Departamento de Desarrollo Académico, los materiales y apoyes didácticos de las asignaturas correspondientes a las áreas de ingeniería química y bioquímica que se impartan en el instituto tecnológico y controlar su desarrollo. 3 Coordinar con las divisiones de estudios profesionales y de posgrado e investigación y con el Departamento de Desarrollo Académico, la formulación y aplicación de técnicas e instrumentación para la evaluación del aprendizaje de las asignaturas correspondientes a las áreas de ingeniería química y bioquímica que se impartan en el instituto tecnológico y controlar su desarrollo. Coordinar los proyectos de investigación educativa, científica y tecnológica en las áreas de ingeniería química y bioquímica que me lleven a cabo en el instituto tecnológico y controlar su desarrollo. Coordinar los proyectos de producción Académica y de vinculación científica y tecnológica en las áreas de ingeniería química y bioquímica, relacionados con la vinculación del instituto tecnológico con el sector productivo de bienes y servicios de la región y controlar su desarrollo. Proponer a la Subdirección Académica el desarrollo de cursos y eventos que propicien la superación y actualización profesional del personal docente de las áreas de ingeniería química y bioquímica en el instituto tecnológico. Apoyar a la División de Estudios Profesionales en el proceso de titulación de los alumnos del instituto. Supervisar y evaluar el funcionamiento del departamento y con base en los resultados, proponer las medidas que mejoren su operación. Coordinar las actividades del departamento con las demás áreas de la Subdirección Académica. Presentar reportes periódicos de las actividades desarrolladas a la Subdirección Académica (itver, s.f.). 4 4. ANTECEDENTES. Las primeras referencias sobre la utilización del compost agotado de champiñón cómo cobertura en el cultivo de (Agaricus bisporus) se sitúan en Suiza a mediados de los años 60, dónde Sinden, utilizaba compost agotado madurado durante unos años, lixiviado y pasteurizado, mezclado con tierra y toba (Sinden, 1971). A finales de los 60 se introduce en los Estados Unidos, donde se venía utilizando suelo mineral, alcanzando cierta importancia durante la década de los 70, mezclándolo con piedra caliza molida, llegando a emplearse este material en aproximadamente el 30% de los casos, aunque a partir de 1978 fue rápidamente desplazado por la turba, de manera que en la actualidad su empleo es prácticamente nulo (Gimenez, 2008). En India el empleo del sustrato agotado está ampliamente extendido y se ha experimentado mucho con él. Las primeras referencias de utilización datan de 1973, año en que Mantel recomendó el empleo de este material de 1 año mezclado con arena y cal apagada (4:1:1), aunque según parece, los cultivadores que lo utilizaron obtenían con frecuencia pobres rendimientos (Mantel, 1973). Actualmente en india se emplean como coberturas mezclas de estiércol compostado con tierra o compost agotado. El material se emplea madurado durante 2-3 años, neutralizado con y mezclado con estiércol (1:2, 1:3) (Gimenez, 2008). En un trabajo de Rinker (Rinker, 2002) se presenta una recopilación de los posibles usos que puede tener el compost agotado de hongos cultivados, haciendo referencia a su empleo en biorremediación (purificación de aire, agua, suelos y sustratos contaminados con plaguicidas), utilización en otros cultivos (flores y hortalizas en invernadero, frutas y hortalizas de campo), enmienda general de suelos, semilleros y paisajismo, alimentación animal y acuicultura, control de plagas y enfermedades y usos diversos (combustible, vermicultura, otros), considerando también su reutilización en el cultivo de hongos, como material de cobertura para Agaricus bisporus y como sustrato para el cultivo de otras especies. Se intentó introducir el empleo del compost agotado de champiñón en Inglaterra y Australia a mediados de los 70 y más recientemente en otros países donde la turba no está disponible y su adquisición resulta prohibitiva, como Irán, Corea o Sud-África. Existen referencias recopiladas por (Rinker, 2002), sobre utilización del compost agotado de champiñón en el cultivo de diferentes especies de hongos comestibles, entre otras de los géneros Agaricus, Auricularia Lenticula, Pleurotus y Volvariella. Según Till (Till, 1963), el compost agotado de 5 champiñón se puede reutilizar como nuevo sustrato para Agaricus si se enriquece con harina de semilla de algodón y harina de soja. Oei hace referencia a la utilización en Taiwán, con buenos rendimientos de compost agotado de Agaricus bisporus mezclado con residuos de algodón, fermentado entre 2 y 4 días y pasteurizado, para la producciónde Volvariella (Oei, 1991). También cita el trabajo de Quimio, quién elaboró un sustrato de Volvariella agotado con un 20% de salvado de arroz, proporcionando eficiencias biológicas entre el 60 y el 100% (Quimio, 1988). Incide en la necesidad de proporcionar al material un tratamiento térmico adecuado. Posteriormente Poppe indicó la posibilidad de producir Volvariella a partir de sustrato agotado de Agaricus bisporus combinando con residuos de algodón (Poppe, 2000). Schisler estudió el comportamiento de compost agotado de champiñón al que añadió el suplemento comercial Spawnmate II y turba Bonaparte en nuevos ciclos de Agaricus bisporus (Schisler, 1988). En el 2010 dentro del Centro de Investigación, Experimentación y Servicios del Champiñón (Pardo, 2010) se evaluó el comportamiento agronómico de seis mezclas de cobertura para champiñón elaboradas a partir de sustrato pos cultivo del champiñón Agaricus bisporus, en nuevos ciclos de cultivo. Los resultados obtenidos mostraron la viabilidad de la reintroducción del sustrato en nuevos ciclos de cultivo, ya sea como material de base único, si se somete a un proceso de lavado para eliminar sales solubles, o bien mezclado con otros materiales de baja conductividad, como es el caso de la turba rubia o la fibra de coco. Se destacan los altos valores de eficiencia biológica registrados, que llegaron hasta los 100 kg por kg de compost, similares a los proporcionados por los testigos. Dos años después, el Centro de Investigación, Experimentación y Servicios del Champiñón volvió a evaluar el sustrato agotado de champiñón (Pardo, 2012) el objetivo de su estudio fue describir el comportamiento de la corteza de pino, de la fibra de coco y del sustrato pos cultivo, como capas de cobertura, en el cultivo del champiñón (Agaricus bisporus). Tras la caracterización física, química y biológica de las capas de cobertura, evaluaron los parámetros de producción cualitativos y cuantitativos, en un ciclo de cultivo de champiñón con cuatro floradas del champiñón. La menor porosidad y capacidad de retención de agua del suelo mineral, sin aditivos, y la alta conductividad eléctrica del sustrato pos cultivo del champiñón utilizado, asociado a la suplementación nutritiva, fueron los factores determinantes en el diferente comportamiento agronómico observado. Las mezclas de cobertura influenciaron el rendimiento y el número de champiñones, la eficiencia biológica, la tasa de producción y la precocidad. El mejor rendimiento total se obtuvo con la mezcla de suelo mineral y fibra de coco suplementado. Las capas de coberturas evaluadas pueden ser utilizadas comercialmente para la producción de champiñón. 6 De acuerdo con el doctor en Ciencias por la UNAM, Daniel León, todo parece indicar que el calentamiento global del océano está provocando corrientes que han hecho que los crecimientos del sargazo sean enviados hacia el sur y el Caribe, por lo que este fenómeno se ha visto en las costas de México, Brasil, Costa Rica, y África, por mencionar algunas ubicaciones (Forbes, 2018). Este fenómeno que se presenta en las costas del Caribe mexicano es temporal, debido a que dura entre 3 y 4 meses, sin embargo, el profesor José Guadalupe Palacios considera que debido al calentamiento global éste podría durar más meses (Forbes, 2018). En el 2011, la titular del laboratorio de morfofisiología del banco de geo plasma del Parque Científico y Tecnológico de Yucatán, Candelaria Isabel Pérez Martín, realizó una tesis en el Instituto Tecnológico de Conkal (ITA) en el que el objetivo era evaluar materiales regionales con potencial agronómico para cultivar plantas y ente ellos, tomó en cuenta el sargazo para la producción de ciertos productos (verdad, 2018). Otro trabajo realizado en el tema se dio en la Universidad de Ciego de Ávila (Wilbert & Rosa, 2008) donde evaluaron la utilización de algas marinas como componente de sustratos para la producción de plántulas de acelga y lechuga, donde se demostró que la utilización de extractos de algas marinas refuerzan en las plantas su sistema inmunitario y alimentario, así también activan sus funciones fisiológicas, lográndose plántulas as sanas, con mejor nutrición y más vigorosas. La utilización de algas marinas en la mezcla con otro abono orgánico mejora mucho más la calidad nutricional del sustrato compuesto; la presencia de la arena como mineral calcáreo en forma de calcita y aragonita, con una alta densidad de empaquetamiento de las partículas sólidas, le confiere a la mezcla, además de amortiguar los posibles efectos de sales que pueden quedar en el sargazo, una mayor consistencia física. Para este proceso se utilizó sargazo seco y triturado. Finalmente, el Laboratorio de Ecología de Costas y Humedales del Campus de Galveston de la Universidad de Texas A&M está probando compactación de sargazo en pacas, enterrándolas en áreas erosionadas y plantando vegetación de dunas en la parte superior. Se están desarrollando nuevos usos para el sargazo recolectado en las playas, como biocombustibles, fertilizantes y piensos para ganado o alimentos para peces. (Doyle & Franks, 2015). 7 5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. La producción de champiñones en el estado de Veracruz aumenta cada año, para su cultivo, utilizan sustrato para el cultivo de la especie Agaricus bisporus, el sustrato está constituido de estiércol de pollo, bagazo de caña y otros componentes. Sin embargo, una vez terminada la cosecha, el sustrato pierde nutrientes y se considera como “sustrato agotado de champiñón” que es dispuesto como un desecho. México es el principal productor de champiñones de América Latina (Llaven, 2012), el clima húmedo y el sistema montañoso de parte del estado de Veracruz dan las condiciones idóneas para aumentar su producción la cual sólo está restringida a las enormes cantidades de desechos que son generados y que no son reutilizados en el proceso. La masiva llegada de sargazo a las costas de Quintana Roo supone un problema ambiental que en los últimos 8 años ha aumentado considerablemente. Las algas al tener un gran contenido de Nitrógeno, Potasio y Fósforo aumentan el contenido de materia orgánica en el agua y las playas lo que perjudicial para el ecosistema caribeño y son consideradas un desecho por los lugareños (Dreckmann, 2013). Desde el 2008 se han hecho estudios para buscar una solución regional al problema del sargazo, pero no se han desarrollado ni se ha dado una solución real al problema. (Wilbert & Rosa, 2008) Es preciso resolver ambos problemas. Es por esto que buscaremos determinar un proceso de reacondicionamiento del sustrato de champiñón al utilizar el nitrógeno, potasio y fósforo que aportan las algas para reacondicionar el sustrato en el proceso de cultivo con lo que podremos reducir la cantidad de desechos generados por la industria a la vez de que damos una solución al problema del sargazo. 8 6. OBJETIVOS. 6.1. Objetivo general: Determinar el proceso de reacondicionamiento del sustrato para el cultivo de champiñón (Agaricus bisporus) utilizando algas (Sargassum) 6.2. Objetivos específicos: Analizar la composición fisicoquímica del sustrato agotado de champiñón Analizar la composición fisicoquímica de las algas (Sargassum) Establecer un proceso de reacondicionamiento de los compuestos del sustrato de champiñón por medio de las algas Comparar el sustrato regenerado obtenido con el sustrato del mercado 7. JUSTIFICACIÓN. El sustrato de champiñón pierde ciertos nutrientes después de su uso por lo que ya no es posible volver a utilizarlo en el proceso. Durante las residencias, investigué las diferentes formas de poder tratar los residuos y poder darles un valor agregado. Después de un trabajo de investigación se llegó a la conclusión de que el sustrato agotado de champiñón podía ser reutilizado de la siguiente manera: Cómo base para la producciónde biogás. En la remediación de suelos usándolo cómo composta. Para la crianza de lombrices. Finalmente, se llegó a un acuerdo con una empresa productora de fertilizantes que trataría el sustrato agotado y lo usaría cómo compostaje. Para el proyecto actual, se busca una cuarta forma de utilizar el sustrato agotado de champiñón que disminuya costos a la fábrica y a la vez disminuya la cantidad de sustrato agotado generado. Al establecer un proceso de reacondicionamiento del sustrato agotado de champiñón, se podrán generar nuevas opciones para las empresas 9 productoras de champiñón y nuevas oportunidades de estudio para su posible implementación. Si se implementa este proceso de reacondicionamiento, disminuirán los costos del sustrato de champiñón al poder reutilizarlo en el proceso lo cual también disminuirá los residuos generados. La empresa El Riojal será beneficiada con un medio más fácil de regenerar su sustrato y la volverá más competitiva en el mercado. Para los empresarios y habitantes que habitan las costas del caribe mexicano, la llegada continua de sargazo supone un problema económico y estético de las playas de dónde subsisten además de que representa un peligro ecológico para la flora y fauna nativas por lo que es primordial encontrar una forma de eliminarlo o poder utilizarlo. Con la determinación de un proceso para el reacondicionamiento del sustrato de champiñón usando algas, se podrá utilizar el sargazo que llega al caribe mexicano y que actualmente se considera sólo un desecho. Esto permitirá darle un valor y disminuir los costos actuales de su desecho. 8. ALCANCE Y LIMITACIONES. El presente estudio medirá los componentes fisicoquímicos del sustrato de la fábrica de champiñones El Riojal de la producción establecida con la empresa. El proyecto sólo abarcará la regeneración del sustrato del champiñón blanco o de París (Agaricus Bisporus). El sustrato será ofrecido por la empresa y el proyecto se basará en el únicamente. El estudio se enfocará en la especie de algas (Sargassum fluitans III) que es el que fue recolectado en las playas del caribe durante el mes de Junio. Se dispondrán de los equipos necesarios para evaluar los componentes fisicoquímicos tanto del sargazo cómo del sustrato agotado de champiñón. Se trabajará hasta el mes de diciembre para la determinación del proceso y se buscará tener un proyecto de base para futuras investigaciones. El reactor con el que se contará para el proyecto fue diseñado por los estudiantes del Instituto tecnológico de Veracruz. Se determinarán los procesos para el reacondicionamiento del sustrato con base en los antecedentes investigados. 10 La posibilidad de obtener más sargazo para la investigación dependerá de las donaciones que nos hagan compañeros del proyecto desde Cancún. 9. MARCO TEÓRICO. 9.1. Champiñón Agaricus bisporus. La especie más cultivada de champiñón es Agaricus bisporus (Ilustración 1) perteneciente a la familia Agaricaceae. El micelio de este hongo es blanco por lo que a menudo se le conoce como "blanco" (infoagro, 2018). Ilustración 1Cultivo de champiñón Agaricus bisporus (Huerta, 2018) Las condiciones ambientales para su cultivo dependen en gran parte de las características de los locales donde se realiza el cultivo. El hongo se desarrolla perfectamente cuando la temperatura del local es de 12º a 14º C y la humedad relativa del aire del 75-80%. Pero el cultivo del hongo puede realizarse siempre que la temperatura del aire esté comprendida entre 8-18º C. y la humedad entre el 70-90% (infoagro, 2018). La temperatura del desarrollo micelar del champiñón es de 25º C, deteniéndose el mismo a partir momento en el que se rebasan los 34º C El contenido en humedad del sustrato debe oscilar entre el 62-67% (infoagro, 2018). Las instalaciones adecuadas para el cultivo del champiñón son cuevas, bodegas, minas, túnel, y en general, todos los sitios oscuros y frescos (Ilustración 2) que reúnan las siguientes condiciones ambientales: Temperatura ideal y constante de 12-14º C. En locales con temperaturas inferiores a 10º C, el cultivo va muy lento y la producción es muy baja. Si la temperatura se aproxima a 17-18º C, la producción es muy abundante, los hongos se desarrollan muy rápidamente, pero el cultivo se agota muy pronto. Si la temperatura supera los 18º C, se producirán deformaciones en los hongos y la incidencia de enfermedades será mayor (infoagro, 2018). 11 Se precisará una humedad relativa próxima al 75-80%, por lo que se evitarán lugares muy secos o donde se produzcan encharcamientos (infoagro, 2018). La ventilación de los locales debe regularse a voluntad, para adaptarla a las necesidades del hongo durante su desarrollo. La salida del aire debe estar situada de tal forma con respecto a la entrada que evite que se produzcan corrientes de aire que den directamente sobre el cultivo. Se pueden instalar ventiladores o extractores de aire que permitan renovar el aire del local tras o cuatro veces al día (infoagro, 2018). Ilustración 2 Cámara de cultivo de champiñón blanco (mushiberica, 2018) El contenido en del ambiente juega un importante papel en la fructificación y es necesario que éste no rebase el 0,1% para que no haya interferencias negativas. Por ello es necesaria una buena aireación (infoagro, 2018). Esta especie de champiñón se cultiva habitualmente en un material compuesto básicamente de paja de trigo y/u otros cereales, adicionada con excrementos animales y yeso. El material se deja fermentar mediante un proceso de 2 etapas: el primero alcanza una temperatura elevada (de hasta 85ºC) y el otro comprende una pasteurización y una fermentación en condiciones físicas controladas (llamada “acondicionamiento”, que comienza a 60ºC y va descendiendo paulatinamente hasta unos 45ºC). Al material así obtenido se le llama compost. Después de que el micelio del champiñón ha “colonizado” (crecido) en este material se cubre la superficie del compost con una capa de turba, o con el llamado suelo de cobertura, o cualquier otro material adecuado. Dos semanas más tarde los champiñones estarán listos para cortarse y se estarán cosechando durante aproximadamente 3 semanas; después de eso el compost, es decir el material que se empleó para cultivar los champiñones, se considera “gastado” o “agotado”. Por lo tanto se le someterá a una desinfección general con calor y se retirará para que la cámara esté disponible para un nuevo ciclo de cultivo. La producción de champiñones en el la empresa el Riojal, Veracruz, se da mediante un cultivo en sacos (Ilustración 3), que consiste en llenar al 75% de 12 su volumen sacos de plástico con 30-40 kg de compost pasteurizado, donde se siembra el hongo. Los sacos se disponen agrupadamente en varias alturas, con temperaturas de 12-14º C. Se obtienen hasta 8-10 kg por saco, en un periodo de ocho semanas. Ilustración 3 Cultivo de champiñón en sacos (Marquéz, 2017) 9.2. Cultivo del champiñón Las operaciones a realizar para preparar el compost en el que se va a cultivar el champiñón varían según se trate de estiércol natural o de estiércol artificial. El estiércol natural procedente de las cuadras, debe desmenuzarse y mezclarse bien con sus componentes (paja mojada, excrementos sólidos) y eliminar cualquier objeto extraño. Más tarde se apila en montones de 2 m de ancho por 1.20 m de alto para que se produzca la fermentación del mismo. Estos montones se realizan superponiendo distintas capas, entre las que se espolvorea un insecticida para eliminar aquellas larvas de insectos que puedan existir (infoagro, 2018). Si el estiércol está demasiado seco, puede rociarse con un poco de agua. Si es poco pajoso, se añadirá paja al hacer la pila, alternando las capas de estiércol con otras de paja. También se puede espolvorear sulfato amónico entre capa y capa en la proporción de 15-40 kg por tonelada de estiércol.Con ello se consigue enriquecer aquellos estiércoles pobres en materia orgánica (infoagro, 2018). Para secar estiércoles demasiado húmedos se espolvorea yeso cocido en la proporción de 1-3 kg por cada 100 kg de estiércol. Cada seis o siete días se volteará el montón, añadiendo agua, para mantener una temperatura de 70- 13 80ºC, y así se produzca una adecuada fermentación del estiércol (infoagro, 2018). La preparación de estiércoles artificiales, se realiza utilizando los siguientes productos y cantidades: Paja seca de trigo: 1.000 kg Gallinaza (Ilustración 4): 150 kg Urea: 20 kg Agua: 2.500-3.000 litros Ilustración 4 Pollinaza para el cultivo de champiñón (Bárcena, 2011) En ambos casos, la operación de fermentación del estiércol pasa por dos fases: Fermentación libre, que dura entre 7 y 14 días, en la que se persigue mezclar, suplementar, humidificar y homogeneizar la masa (infoagro, 2018). Fermentación dirigida o controlada (pasteurización), que a su vez se divide en dos sub fases: La pasteurización consiste en someter durante 8 horas la masa del compost a una temperatura de 58-60ºC para destruir los gérmenes nocivos; y el acondicionamiento, por el que durante 6-8 días se hace descender la temperatura desde 58 a 48ºC, favoreciendo el desarrollo de organismos que favorezcan el acabado del compost (infoagro, 2018). Si todo el proceso de compostaje se ha realizado correctamente, al final se obtendrá un compost que responderá a las siguientes características (infoagro, 2018): pH: 7,3 Humedad: 66% Nitrógeno total: 2,05% 14 Materia orgánica: 73% Cenizas: 27% Relación carbono/nitrógeno: 19 Libre de amoniaco residual. Libre de parásitos y competidores. 9.3. Sustrato agotado de champiñón El sustrato agotado de champiñón (Ilustración 5) o Champost es el producto que queda después del cultivo de las setas de París Agaricus bisporus. Es una mezcla de sustrato de hongos y tierra de compostaje. A partir de la producción de 1 kg de champiñones pueden generarse 5 kg de composta de sustrato agotado de hongos en la cual permanecen altos niveles de nutrientes residuales y enzimas (Eggen, 1999). Ilustración 5 Sustrato agotado de champiñón (Cahn-Speyer, 2014) Originalmente el sustrato de hongos consiste en estiércol de caballo, paja, heces de pollo, yeso y agua. Esta mezcla, después de un compostaje a más de 80 ° C, sirve como un sustrato alimenticio para el champiñón. Después del cultivo, el sustrato se somete a un tratamiento térmico antes de retirarlo del proceso. Composición 1 tonelada de sustrato agotado de champiñón contiene: 340 kg de materia seca 214 kg de materia orgánica. 6,3 kg de nitrógeno (N) 4,0 kg de fosfatos ( ) 8,7 kg oxido de potasio ( ) 15 2,4 kg oxido de magnesia (MgO) 0.9 kg óxido de sodio ( ) 2,3 kg cloro (Cl) 45 kg óxido de calcio (CaO) Beneficios del sustrato agotado de champiñón Aumento de la materia orgánica, 10 toneladas de sustrato agotado de champiñón proporcionan 2,100 kg de materia orgánica. Materia orgánica de alta calidad, después de 1 año, el 60% de la materia orgánica todavía está presente en el suelo. Libre de enfermedades y hierbas, por tratamiento térmico el sustrato agotado de champiñón es liberado de enfermedades, malezas o nematodos. Libre de residuos, hay pocas piedras, plástico o vidrio en el sustrato agotado de champiñón. No acidifica, en suelos con un pH bajo el sustrato agotado de champiñón tiene un efecto correctivo. Fácil de usar, por su estructura corta, el sustrato agotado de champiñón es fácil de extender y de elaborar. Disponible todo el año y barato. Como el cultivo de hongos ocurre todo el año, el sustrato agotado de champiñón está siempre disponible. Empleo: Horticultura Agricultura Jardinería Alimentación para lombrices Canchas deportivas Consideraciones para la utilización del compost agotado de champiñón Entre los aspectos a considerar encontramos el material de origen (materias primas empleadas en el compostaje, presencia/ausencia de la capa de cobertura, tipo de cobertura utilizado), el tratamiento térmico con vapor previo al vaciado del local (“Cook-out”), las condiciones de re compostaje/maduración/bio transformación (duración del proceso, maduración natural/ proceso controlado acelerado, las condiciones de aerobiosis/ anaerobiosis, la altura de los montones, la frecuencia de los volteos, la climatología). La realización de un lavado artificial, la molienda y/o cribado, el 16 tratamiento final (térmico/químico), las mezclas con otros materiales y sus proporciones, y el manejo del cultivo (espesor de aplicación, aplicación de riesgos, aplicación de la operación de rastrillado, utilización de inóculos para cobertura, otros) (Gimenez, 2008). Si pretendemos utilizar el material como cobertura, la alta concentración de sales solubles supone un problema de manera que el espesor no debe ser excesivo. Un segundo factor que considerar es el de la duración del proceso, pudiendo emplearse el material fresco o madurado mediante un proceso de bio transformación natural entre 1 y 8 años (normalmente 2-3 años). También puede llevarse a cabo un proceso de compostaje acelerado en condiciones controladas, al exterior, en búnker ventilado o en cámaras, con duración entre 4 y 20 semanas (Gimenez, 2008). La seguridad biológica que debe proporcionar el material supone la necesidad de aplicar tratamientos para eliminar agentes perjudiciales para el cultivo (virus presentes en esporas y micelio, nematodos, ácaros, moscas y hongos perjudiciales). Un primer tipo de tratamiento es el que se puede realizar con vapor en la sala de cultivo antes del vaciado del compost (“cook-out”). En la bibliografía encontramos referencias de empleo de diferentes temperaturas, entre 60 y 70 °C con duración variable. Entre los posibles tratamientos, el de 70°C durante 12 h ha sido optimizado en Holanda para eliminar toda forma viviente de micelio y esporas de champiñón que pueden ser potenciales portadores de virus (Gimenez, 2008). El segundo tipo de tratamiento a aplicar es un tratamiento final aplicado al material antes de su reintroducción como cobertura en el cultivo. Entre ellos encontramos numerosos tratamientos térmicos, entre 57 y 82 °C con duración variable y algunos tratamientos químicos con formaldehído u otros fumigantes (Gimenez, 2008). En cuanto a la elaboración de mezclas de cobertura basadas en compost agotado, son numeras las fórmulas utilizadas a nivel comercial y experimental, con diferentes grados de éxito. Entre ellas se pueden destacar algunas que han tenido o tienen cierto nivel de aplicación en la práctica; una mezcla de tierra, toba volcánica y compost agotado madurado durante dos años, compost agotado de 1 año con arena y cal apagada en proporción 4:1:1 (Mantel, 1973). Una mezcla de compost agotado de más de dos años y piedra caliza molida y combinaciones de estiércol compostado y compost agotado de champiñón de dos años en proporción 2:1 (Gimenez, 2008). 17 9.4. Sargazo S. fluitans El sargazo es una macro alga marina parda del género Sargassum. Se le puede ver flotando en la superficie del océano. Está compuesto principalmente de dos especies, S. natans y S. fluitans (Ilustración 6) (Semarnat, 2018). Las algas marinas presentan un alto contenido de nutrimentos y sustancias naturales (vitaminas, carbohidratos, proteínas, y ácidos orgánicos), cuyos efectos son similares a los reguladores del crecimiento vegetal. Además, tienen acción enzimática y cuando el proceso de elaboración de los derivados de algas se lleva adecuadamente, los microorganismos que viven en asociación con ellas continúan viables, propagándose donde se aplican y potenciando su acción (Wilbert & Rosa, 2008). La utilización de extractos de algas marinas refuerza en las plantas su sistemainmunitario y alimentario, así también activan sus funciones fisiológicas, lográndose plántulas más sanas, con mejor nutrición y más vigorosas. Ilustración 6 Sargazo S. fluitans (Álvarez, 2016) Las arribazones algales consisten en la llegada a las playas o a las riberas de lagunas costeras y estuarios de grandes cantidades de macro algas (Dreckmann, 2013). 18 Se ha considerado que las arribazones presentes en el litoral del estado de Quintana Roo son las más espectaculares en términos de diversidad y abundancia Ilustración 7, destacándose las observadas en Cancún y Puerto Morelos (Dreckmann, 2013). Ilustración 7 Detalle de arribazón (Dreckmann, 2013) Las arribazones de ambas localidades se presentan todo el año, con dos incrementos de alta diversidad alrededor de los meses de julio-agosto y octubre-noviembre. De las 40 especies encontradas, 25 son de tallas grandes y, por lo tanto susceptibles de ser explotadas; 14 son pequeñas y más difíciles de usar como recurso (Dreckmann, 2013). Las especies de sargazo encontradas en Quintana Roo también se encuentra en las costas de Veracruz, el flujo de sargazo Veracruz está bajo la influencia de la circulación del Golfo de México, cuyas condiciones contienen un flujo de agua de alta salinidad de 36.7 % y temperaturas superficiales durante el verano de 28 a 29 °C, que se reducen durante el invierno a 25 y 26 °C (BAUTISTA, 2013). En Punta Cancún, las arribazones se presentan entre agosto y noviembre, coincidiendo con la temporada ciclónica. Mientras que en Puerto Morelos éstas empiezan en noviembre y disminuyen en febrero, lo que corresponde con la temporada de secas. Así, tanto la periodicidad como la cantidad de las arribazones se encuentran fuertemente relacionadas con los huracanes y ciclones característicos de la zona. La marcada estacionalidad del fenómeno, la alta diversidad algal involucrada y la biomasa comprometida hacen pensar en el valor ecológico que éstas puedan tener. Es decir, la productividad primaria y secundaria asociada debe ser suficiente como para sostener una comunidad propia que puede o no ser dependiente de la arribazón (Dreckmann, 2013). 19 Alternativas de aprovechamiento de las arribazones Las cantidades importantes de potasio y fósforo, debidas a la alta diversidad de algas pardas, brindan posibilidad de generar alimento para aves de cautiverio, compostas para abono en el cultivo de hortaliza y posibles usos en la elaboración de alimentos y fármacos (Dreckmann, 2013). Por lo general, el sector turístico ha venido calificando las arribazones como basura playera durante los últimos 30 años. Para este sector y para el propio turista, efectivamente, resulta molesto en término visual, incómodo para el traslado a lo largo y ancho de la playa y repulsivo por el olor generado por la rápida descomposición algal. Desde luego la única solución es la limpieza periódica de las playas y la subsecuente incorporación de los desechos de algas al resto de los desechos urbanos (Dreckmann, 2013). Durante el estudio realizado por Candelaria Isabel Pérez Martín en el Instituto Tecnológico de Conkal se demostró que el sargazo tiene buenas características físicas cómo sustrato (verdad, 2018): Porosidad del 37% Buena aireación Retención de la humedad Las propiedades químicas del sargazo también son excelentes para ser utilizado cómo sustrato. Durante su estudio se dieron los siguientes resultados (Prensa, 2018): Contenido de Nitrógeno entre 200 y 500 ppm, (recomendado 100 a 200 ppm). Contenido de Fósforo entre 2 a 7 mg (recomendado 6 a mg). Contenido de Potasio 30 a 37 mg / l (recomendado 150 a 249 mg / l) pH 6.7 a 8 (recomendado 5.5 a 6) Debido a la pequeña concentración de nitrógeno (6,3 mg / 100 g), fósforo (96,5 mg / 100 g) potasio (28 mg / 100 g), la proporción porcentual de N-P-K (1-10-3) de Sargassum es recomendada como abono (Oyesiku & Egunyomi, 2014). De acuerdo con la Ilustración 8 (Schell & Siuda, 2015) y comparándolo con el sargazo que recolectamos, el sargazo que analizaremos es de la especie Sargassum fluitans III. 20 Ilustración 8 Características del Sargazo (Oyesiku & Egunyomi, 2014) Los fertilizantes orgánicos en éste caso el sargazo, no son solubles en agua y, por lo tanto, liberan nutrientes lentamente con el tiempo, especialmente cuando son mejorados por un suelo con un pH de 6,5 a 6,8, lo que aumenta la capacidad de fertilidad del suelo (Granstedt & Kjellenberg, 1997). Dado que el nitrógeno generalmente promueve el crecimiento del follaje, el fósforo promueve el crecimiento de las raíces y la producción de frutos y el potasio promueve la salud general de la planta, en el estudio realizado por Oyesiku se recomienda el porcentaje de Sargassum como fertilizante para un nuevo césped y para las plántulas. Además, las especies de Sargassum ya son utilizadas como forraje y fertilizante en China y en muchas partes de Asia (Oyesiku & Egunyomi, 2014). 21 9.5. Normatividad De acuerdo a la (NOM-161-SEMARNAT, 2011), en su listado de residuos de manejo especial sujetos a presentar plan de manejo, el sustrato agotado de champiñón, es considerado residuo de manejo especial. Además, de acuerdo a los criterios para determinar los Residuos de Manejo Especial sujetos a Plan de Manejo, el sustrato agotado de champiñón requiere de un plan de manejo para su tratamiento. En el inciso 7.3 indica que el residuo como tal o los materiales que lo componen tengan un alto valor económico para el generador o para un tercero, es decir, que genere un beneficio en su manejo integral, a través de la reducción de costos para el generador o que sea rentable para el generador o para el tercero, con base en las posibilidades técnicas y económicas del residuo para: a. Su aprovechamiento mediante su reutilización, reciclado o recuperación de materiales secundarios o de energía; b. Su valorización o co-procesamiento a través de su venta o traslado a un tercero. c. La recuperación de sus componentes, compuestos o sustancias. Además, para la producción de composta a partir de materia orgánica de residuos sólidos agrícolas, sus requisitos y especificaciones mínimas de calidad tenemos dos normas estatales; (NTEA-006-SMA-RS, 2006) y (NADF- 020-AMT, 2011) del estado de México y la ciudad de México respectivamente sin contar con una normativa propia del estado de Veracruz. Con base en estas dos normas, podemos evaluar las especificaciones de calidad de nuestro sustrato regenerado de champiñón una vez terminado el proceso. 9.6. Tratamientos Lavado Es una operación unitaria de transferencia de materia basada en la disolución de uno o varios componentes de una mezcla -líquido o sólido- en un disolvente selectivo. Se hace la distinción entre la extracción sólido-líquido y la extracción líquido-líquido según que la materia a extraer esté en un sólido o en un líquido. En este último caso el disolvente debe ser inmiscible con la fase líquida que contiene el soluto. La extracción sólido-líquido se conoce también como lixiviación o lavado, según la aplicación a la que se la destine. Si se pretende 22 eliminar un compuesto no deseado de un sólido se habla de lavado, si el compuesto extraído es el valioso se denomina lixiviación (Germán, 2014). Secado El secado es una operación en la cual se elimina parcial o totalmente, por evaporación, el agua de un sólido o un líquido. Cuando un sólido húmedo es sometido a secado térmico, dos procesos ocurrirán simultáneamente: Habrá transferencia de energía (comúnmente calor) de los alrededores para evaporar la humedad de la superficie. Habrá transferencia de la humedad interna hacia la superficie del sólido La velocidad a la cual el secado es realizado está determinada por la velocidad a la cual los dos procesos, mencionados anteriormente, se llevan a cabo. La transferenciade energía, en forma de calor, de los alrededores hacia el sólido húmedo puede ocurrir como resultado de convección, conducción y/o radiación y en algunos casos se puede presentar una combinación de estos efectos. Los objetivos del secado son: 1.- Conservación para prolongar vida de anaquel 2.- Reducción de peso y volumen para facilitar empaque y transporte 3.- Presentación de alternativas de consumo Pueden producirse cambios no deseables que afectan tanto la calidad como la aceptación del producto. En el secado, las gráficas de secado utilizadas son una herramienta muy útil y de gran importancia porque de ellas puede mostrarse el comportamiento del secado. Triturado Las operaciones unitarias que reducen el tamaño de partículas son procesos industriales muy importantes. Los equipos que se usan para disminuir el tamaño de partículas se denominan en general molinos. En muchas ocasiones el material debe molerse desde aglomerados de gran tamaño hasta polvo muy fino. Los equipos que muelen partículas de pequeños tamaños se denominan “mills”, por supuesto que existe todo un rango de tamaños donde se superpone la aplicabilidad de estos equipos. En castellano no tenemos tal diferenciación, y habitualmente los equipos son denominados “molinos”. 23 En muchas industrias de alimentos, la reducción de tamaño puede ayudar a procesos de extracción de alimentos, a disminuir los tiempos de cocción, etc. Los “mills” consumen mucha energía y sufren desgaste mecánico importante por la erosión que causan las partículas más pequeñas (criba, s.f.). Compostaje Una parte esencial en el cultivo del champiñón es la creación de un compost para su crecimiento. Es la fuente de energía para todo el proceso y un bien compost significa una producción buena y rentable. Se denomina “compostaje” al ciclo aeróbico (con alta presencia de oxígeno) de descomposición de la materia orgánica (Cahn-Speyer, The Cultivation of mushrooms, 2014). El compost es utilizado como el sustrato de la producción del champiñón. Se prepara en dos fases: En la fase I, se sucede el calentamiento del compost en pilas (Ilustración 9), (sobre estibas para permitir un flujo de aire constante), formadas en un patio exterior bajo cubierta. Al compostarse los insumos, tamo de arroz, bagazo de caña, pollinaza, se mezclan y se humedecen con agua siendo esta el catalizador del compostaje. Anteriormente este proceso se realizaba en pilas de 6 metros de ancho y tomaba seis semanas; se hacían volteos una vez a la semana, generando grandes partes anaeróbicas causando un compost menos eficiente. Observaciones permitieron entender que con pilas más angostas y con volteos más frecuentes, (short composting) el tiempo se reducía a un tercio, dos semanas (Cahn-Speyer, The Cultivation of mushrooms, 2014). Ilustración 9 Pilas de compost (Cahn-Speyer, 2014) 24 En la fase II el compost es condicionado. Este se introduce a un túnel, o a cuartos de crecimiento, en camas o bulk in, para someterlo, de manera artificial, a altas temperaturas para pasteurizarlo y terminar el proceso de compostaje (Cahn-Speyer, The Cultivation of mushrooms, 2014). En síntesis, el proceso de mezcla de sustancias, humedecimiento y esterilización es la base o el sustrato para el champiñón. La siembra del micelio debe realizarse en condiciones de total esterilidad (Cahn-Speyer, The Cultivation of mushrooms, 2014). Una parte importante del compostaje es la selectividad. La parte microbiológica y la parte de aspectos químicos. El calor es liberado durante la combustión de los compuestos orgánicos. Como este calor no puede ser disipado rápidamente en la totalidad de la materia, la temperatura aumenta de manera significativa. El compostaje se entiende como un proceso aeróbico en donde el oxígeno hace un trabajo significativo pero está comprobado que hay características del desarrollo importantes que se desatan en procesos anaeróbicos (Cahn-Speyer, The Cultivation of mushrooms, 2014). El aspecto químico es de suma importancia y es de gran cuidado y manejo en el momento de preparar el compost. Uno de los componentes que más se debe vigilar es el nitrógeno ya que la cantidad de amoníaco gaseoso libre en la atmósfera de la pila de compost es, pues, el resultado neto de los procesos constantes de descomposición (saturación de amoníaco) y procesos de síntesis. El otro elemento esencial es el carbón pero más importante es la proporción entre el nitrógeno y este. Un manejo preciso de esta proporción produce la energía requerida para todo el proceso del cultivo (Cahn-Speyer, The Cultivation of mushrooms, 2014). 9.7. Evaluación de parámetros El intervalo de pH del suelo apropiado para las plantas es de 5.5 a 7.5. Sin embargo algunas especies prefieren un ambiente más ácido o alcalino. Cada planta prospera dentro de un intervalo de pH particular. El pH influye fuertemente en la disponibilidad de los nutrientes y la presencia de microorganismos y plantas en el suelo. Los tres macronutrientes que más necesitan las plantas son nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K). Otros elementos, los llamados microelementos, están generalmente presentes en cantidades suficientes en el suelo, ya que las plantas los necesitan en dosis más pequeñas. 25 Análisis de disponibilidad de un nutriente en el suelo. Principios de Bray El extractante usado debería extraer todo o partes proporcionales de la forma o formas disponibles del nutriente de distintos tipos de suelos. La cantidad de nutriente extraído debe poder medirse con razonable exactitud y velocidad. La cantidad extraída debería correlacionarse con la respuesta en el suelo a ese nutriente con varias condiciones de manejo. Determinación de Fosforo por método colorimétrico (Método de Bray II) Se basa en la extracción del P del suelo por medio de una solución de fluoruro de amonio en medio ácido, que agitada con el suelo durante un tiempo determinado solubiliza fósforo (Edaf, 2012). Luego del filtrado o centrifugado se cuantifica el fosforo en el extracto. El ensayo comprende 2 etapas: Extracción. Determinación colorimétrica (Figura 10). Metodología Adicionar en un tubo de ensayo 2.5 g de muestra y 2 ml de solución extractiva utilizando una pipeta, agitar vigorosamente por un minuto y dejar reposar por otro minuto más, finalmente determinar el fosforo por el método colorimétrico del ácido ascórbico (Edaf, 2012). Aspectos operativos de la extracción (Edaf, 2012): Relación suelo: solución. Forma de extracción: tiempo e intensidad de agitación. Recipientes utilizados en la extracción. El pH de la solución resultante de la solución extractiva debe ser de pH 2.6 ± 0.05. Los ajustes en el pH se hacen utilizando HCl o hidróxido de amonio ( ). Conservar en envases plásticos la solución extractiva hasta su uso. Agregar solución extractiva con dosificador. El límite de detección de la técnica va de 1 a 10 ppm de fósforo. Si hay extractos más concentrados se recomienda hacer las diluciones. Se debe obtener mediciones de absorbancia entre 0.02 y 0.5. 26 El método para medir el nitrógeno es el mismo que en el método para el fósforo (Ilustración 10). Ilustración 10 Determinación de N (Propia, 2018) Determinación de pH Se utiliza una sustancia llamada indicador, que varía reversiblemente de color en función del pH del medio en que está disuelta (Figura 1). Se puede añadir directamente a la disolución o utilizarla en forma de tiras de papel indicador (González, 2008). Intervalo 4 a 9 pH Resolución 1 incremento de pH Método Indicadores de pH Tipo CTK Colorimétrico Figura 1 Gama de colores para determinación de pH (Kessler, 2019) Método turbidimétrico utilizando tetrafenilborato de sodio 27 El potasio se determina usando tetrafenil borato sódico en una mezcla específicamente preparada para producir una suspensióncoloidal. La turbidez de dicha suspensión es proporcional a la concentración de potasio en el suelo. Termobalanza La termobalanza (Ilustración 11) se utiliza para determinar el agua contenida (como % de humedad) en una muestra de materia orgánica. Se utiliza para determinar el grado de humedad en una muestra y su cinética de secado. Estas muestras pueden ser granulados, semillas, polvos, alimentos, suelos, madera y papel, entre muchas otras. El equipo consiste en una balanza electrónica y un módulo calefactor, la balanza se encarga de medir el peso de la muestra orgánica mientras se le aplica calor para evaporar el agua que contiene. El cálculo de la humedad se determina por la pérdida de peso que sufre la muestra después de ser sometida al proceso de calentamiento. En los modelos actuales esta información se obtiene también de manera gráfica en la pantalla del equipo, para visualizar tiempo, temperatura y peso. La finalización de la prueba puede ser automática, cronometrada o manual (Sandoval, 2011). Se indica la humedad perdida por la muestra en % para el caso de analisis de humedad. El resultado de la determinación en gran medida, la duración y el ajuste seleccionado de temperatura sin embargo depende también del tipo y de la preparación de la muestra (Sandoval, 2011). . La temperatura y el tiempo configuran las variables del proceso de análisis. La termobalanza se desconecta automáticamente una vez transcurrido el intervalo de tiempo definido. Durante este modo de análisis de humedad puede leerse en el indicador. Si el valor indicado, después de una mínima perdida, de peso, permanece constante, como es lo por lo general en el caso del granulado sintético (Sandoval, 2011). Ilustración 11 Termobalanza (Sandoval, 2011) 28 10. PROCEDIMIENTO Para lograr nuestros objetivos, se seguirá el siguiente procedimiento: El primer paso será la obtención de la materia prima con al que se trabajará durante el proyecto, para esto se contactó con un derecho habiente de Cancún que nos proporcionó el Sargazo, para el sustrato, se contactó a la empresa El Riojal y se espera poder ir a sus instalaciones para que nos proporcionen sustrato agotado de champiñón. Una vez obtenida la materia prima, lo primero será acondicionarla para sus análisis. Para las algas, se lavarán con agua fría midiendo la cantidad de agua utilizada y se secará durante dos días al sol. Una vez secado, el sargazo pasará por un proceso de trituración, para el sustrato, se buscará mediante investigación la mejor forma de mantenerlo en buenas condiciones después de su entrega por parte de la empresa, posteriormente y gracias a los estudios obtenidos y la investigación hecha, se analizará la composición Fisicoquímica del sustrato y las algas; Para ello primero se hará una prueba de salinidad a las algas y la compararemos con los niveles recomendados para el sustrato de champiñón. Si los niveles no son los correctos, se hará un lavado por inmersión para disminuir la salinidad del alga hasta niveles adecuados. Posteriormente, evaluaremos en laboratorio los diferentes parámetros del sargazo y el sustrato agotado (Cantidad de Nitrógeno, Potasio, Fosforo y pH); Una vez hecho esto, procederemos a mezclar el sargazo y el sustrato agotado de champiñón por lotes los cuales mantendremos a diferentes concentraciones conocidas y con parámetros constantes de presión y temperatura. Posteriormente se agregarán de acuerdo a los requerimientos de la empresa un inóculo para iniciar el proceso de compostaje el cual de acuerdo a la información recabada es de una duración de 4 a 20 semanas. Finalmente, se evaluará la composición fisicoquímica final de todos los lotes y los compararemos al sustrato de champiñón comercial para escoger la mejor opción. 29 Sargazo Sustrato agotado de champiñón Procedimiento Recolección en Playa del Carmen Muestra proporcionada por empresa Lavado Almacenamiento Secado Secado Análisis NPK y pH Trituración Análisis NPK y pH Análisis NPK y pH Compostaje 1 mes Comparación con normativa Figura 2 Diagrama de procedimiento (Propia, 2018) 30 11. DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES 1. Obtención del sargazo por medio de colecta en Playa del Carmen; Durante un día se recolectará sargazo en Playa del Carmen costa de Quintana Roo, el sargazo será recolectado a temprana hora en marea baja y seleccionando al azar la zona de muestreo. 2. Almacenamiento del sargazo para su transporte; se utilizará una bolsa de plástico hermética y el sargazo se transportará con 500ml de agua de mar para su conservación (Florez-Leiva & Gavio, 2010). 3. Determinación taxonómica; siguiendo la información bibliográfica (A. & O., 2014), se determinarán las especies recolectadas en la playa. 4. Lavado; el sargazo se lavará para eliminar las sales solubles, pigmentos, arena entre otras impurezas durante el proceso hay ciertos parámetros a tener en cuenta (ARIAS & BETANCOURT, 1996): Temperatura (T) Diámetro de partículas (Dp) Flujo (Q) Tiempo (t) Revoluciones por minuto (r.p.m) De acuerdo con (Palmieri & Volesky, 2002) el sargazo debe terminar con un pH estabilizado en 4.0. 5. Secado; El sargazo se secará poniéndolo al sol durante tres días seguidos siguiendo la información de (Group, 1998) dónde utilizaremos su curva de secado. 6. Trituración; para la experimentación, el sargazo fue triturado en partículas que de acuerdo a (Palmieri & Volesky, 2002), deben medir entre 0.3 – 0.5 cm. 7. Obtención de la materia prima: obtención de sustrato agotado de champiñón de la empresa El Riojal, 8. Estudio de los parámetros y trabajo que se realiza en la empresa El Riojal. 31 9. Acondicionamiento del sustrato agotado de champiñón: Investigación y tratamiento adecuado del sustrato agotado una vez recibido por la empresa. 10. Determinación de la humedad del sargazo utilizando una termobalanza. 11. Determinación de la humedad del sustrato agotado de champiñón utilizando una termobalanza. 12. Determinación de cenizas del sargazo. 13. Evaluación de los parámetros fisicoquímicos del sargazo Método de medición del Nitrógeno, por método colorimétrico con el reactivo Nessler con un rango de medición: 0 - 16 mg/L N, y medición del fósforo y potasio mediante pruebas de suelo NPK y pH método colorimétrico y turbidimétrico. 14. Evaluación de los parámetros fisicoquímicos del sustrato agotado de champiñón: Método de medición del Nitrógeno, por método colorimétrico con el reactivo Nessler con un rango de medición: 0 - 16 mg/L N, y medición del fósforo y potasio mediante pruebas de suelo NPK y pH método colorimétrico y turbidimétrico. 15. Mezclado del sustrato agotado de champiñón y sargazo: Se mezclarán en lotes de diferentes concentraciones con temperatura y presión constantes el sargazo, el sustrato agotado y un inóculo para iniciar el proceso de compostaje, éste proceso durará entre 4 y 20 semanas. 16. Evaluación de los parámetros fisicoquímicos finales: Se utilizarán los mismos métodos de medición que el punto 5. 17. Comparación del sustrato de champiñón regenerado con la normativa en compostaje. 32 12. DESARROLLO DEL PROYECTO 1. Se obtuvo 1 kg de sargazo fresco de la zona de Playa del Carmen (Ilustración 12), Q.R. el 24 del mes de Agosto 2019 siguiendo el procedimiento realizado por (Florez-Leiva & Gavio, 2010). Ilustración 12 Recolección de sargazo en Playa del Carmen (Dreckmann, 2013) 2. El sargazo fue almacenado y transportado de Quintana Roo hasta Boca del Río Veracruz donde fue almacenado a -25°C durante una semana como recomienda el proyecto realizado por Florez-Leiva (Florez-Leiva & Gavio, 2010). 3. Se tomó una muestra de 100 g. del sustrato y fue colocada uniformemente enuna superficie lisa y blanca, comparándolo con la información bibliográfica (A. & O., 2014), observamos las diferentes características del sargazo (Figura 3) lo que nos llevó a definir como Sargassum fluitans III la especie única en nuestra muestra. Se tomaron tres muestras más que arrojaron el mismo resultado, sólo hay una especie de sargazo que llega a Playa del Carmen. 33 Figura 3 Sargazo S. natans Y S. fluitans (Florez-Leiva & Gavio, 2010) 4. Para el proceso de lavado se utilizaron los siguientes parámetros: Temperatura: 20°C Relación del flujo (Q): 0.1 L/ s Tiempo (t): 10 min El lavado fue realizado en el laboratorio de química analítica (Ilustración 13). Ilustración 13 Laboratorio de química analítica (Propia, 2018) 5. Siguiendo la Figura 5 a 28°C con las humedades en base seca versus tiempo (Group, 1998), secamos el sargazo durante un día entero y de acuerdo al atlas mensual de radiación el 10 de septiembre del 2018 día en que fue secado el sargazo hubo una radiación de 5.81- 6.74 kWh / (Figura 4). 34 Figura 4 Irradiación diaria promedio mensual (Valdés, 2019) Figura 5 Humedad vs tiempo a 28°C (Group, 1998) 6. El proceso de triturado del sargazo, se realizó con una molienda de rodillos que trituró la muestra hasta 0.3-0.5 cm como se muestra en la Ilustración 14. 35 Ilustración 14 Proceso de trituración del sargazo (Propia, 2018) 7. Se contactó con la empresa El Riojal ubicada en Las vigas de Ramírez, Ver. Solicitamos sustrato agotado de champiñón por lo que fuimos personalmente a la empresa. Nos proporcionaron 20 kg. de sustrato agotado de champiñón que fue transportado en una bolsa negra hermética. El sustrato proporcionado se encontraba en la última etapa de producción y a tres días de ser desechado. En la Ilustración 15 tenemos la autorización de salida de sustrato por parte de la empresa. Ilustración 15 Autorización por parte de la empresa (Propia, 2018) 8. Se realizó un trabajo de investigación del proceso y parámetros de trabajo en la empresa El Riojal para la producción de champiñones: 36 Área de cultivo Fase 1 Parámetros: Humedad Temperatura promedio: 26.1°C : 1549 ppm En el Riojal la composta la introducen en sacos de 40 cm de largo que luego son colocados en las charolas para el cultivo del champiñón, después de ajustar los parámetros de cultivo, se agrega el inóculo (semilla) y se mantiene durante 14 d. Después del día 14 el compost adquiere una coloración dorada y se aplica la tierra de cobertura la cual es usada para retener humedad, el principal componente de la tierra de cobertura es el pitmus. Fase 2 Parámetros: Humedad Temperatura promedio: 19.6 °C : 1550 ppm Del día 14 al 19 se hace el labrado y se pueden observar los primeros champiñones. Para el día 38 ya hay champiñones para cosecha. Fase 3 Parámetros: Humedad Temperatura promedio: 17 °C : 1012 ppm Se bajan los parámetros de humedad, T y para que se reproduzcan los champiñones más rápidamente. La pata de champiñón que en Francia era desechado por la empresa y recolectada por el sistema de basura, en el Riojal se limpia, se corta en cubitos y se enlata, también la usan en el proceso de compostaje. 37 Proceso de compostaje Para la generación de composta usan paja, cebada o trigo Utilizan pollinaza que viene de los pollitos la cual es diferente a la gallinaza (gallinas) pues tienen otro tipo de alimentación y también es diferente a la caballaza que antes utilizaban y se sigue utilizando en Francia. Una vez producido el compost, no lo almacenan y es usado ése mismo día en el proceso. Se necesitan 46 ton de sustrato para una cámara de cultivo para lo cual utilizan tractores a diferencia de Francia dónde el proceso estaba automatizado pero compraban el compost. Cuando el compost está casi agotado lo cual se observa por tener mucho micelio que le da una coloración blanca (micelio estresado), le colocan grava encima y hacen un último cultivo, éste cultivo es pequeño pues ya hay presencia de enfermedades en el sustrato. Cuando hay problemas con el rendimiento del sustrato, le hacen pruebas fisicoquímicas de nutrientes y pH. La empresa cuenta con tres plantas procesadores en el mismo municipio y sobre la misma carretera, una con 19 invernaderos la segunda con 14 y la tercera con 8 (ésta última también hace el proceso de enlatado). Una vez terminado el proceso, el sustrato es utilizado como abono, la encargada considera que si se le intenta regenerar va a perder mucho rendimiento por el proceso de pasteurización. A la semana generan 140 Toneladas de sustrato agotado. 9. Se mantuvo el sustrato agotado de champiñón en bolsas impermeables abiertas para que se ventile el compost pero no le entre el agua y se pueda estropear. Se mantiene a una temperatura de -20°C esto aún no ha sido estudiado por lo que se dio un seguimiento de los parámetros del sustrato de champiñón un mes después de mantenerse en ésa condición lo que nos resultó en la información obtenida por la tabla 1: Tabla 1 Parámetros del compost durante su almacenamiento (Propia, 2018) Parámetros Día de recolección 1 mes después 2 meses después N Bajo medio Bajo medio Bajo medio P Alto Alto Alto K Alto Alto Alto pH 5.5 - 6 5 6 El compost agotado de champiñón con esos parámetros fue capaz de cultivar tres setas de Agaricus bisporus, el sustrato que ya no fue utilizado en fue 38 transportado en cubetas (Ilustración 16) se le dispuso como abono para el suelo. Ilustración 16 Sustrato agotado de champiñón (Propia, 2018) 10. Determinación de humedad del sargazo utilizando una termobalanza; Para la determinación de la humedad del sargazo, se tomó una muestra seca de 20 g (Ilustración 17). Ilustración 17 Sargazo seco S. fluitans (Propia, 2018) Procedimos a la instalación y puesta en funcionamiento de la termobalanza Anexo 2. Los parámetros fueron los siguientes: Temperatura: 100° C Inicio: automático Tiempo de secado (t): 2 min Resultado: 0-100% humedad Una vez equilibrado el instrumento, colocamos la muestra de sargazo en el platillo de la termobalanza (Ilustración 18) y realizamos la medición de acuerdo a la NMX-F-428-1982. 39 Ilustración 18 Termobalanza midiendo la cantidad de humedad en una muestra de sargazo (Propia, 2018) Los resultados obtenidos son informados en la Tabla 2: Tabla 2 Valores obtenidos durante la determinación de humedad en la termobalanza sargazo (Propia, 2018) t (s) Humedad perdida % Temperatura (°C) 0 0 38 10 1 50 20 3.95 80 30 7.6 90 40 9.95 100 50 10.95 100 60 11.3 100 70 11.6 100 80 11.95 100 90 12.25 100 100 12.6 100 110 12.95 100 120 12.95 100 40 Puede observarse una vez hecha la gráfica, el periodo de inducción inicial, el periodo de velocidad constante y el último periodo de velocidad decreciente (Figura 6). Finalmente, podemos obtener el valor de la humedad de acuerdo a la Ecuación 1. Figura 6 Humedad perdida durante el tiempo sargazo (Propia, 2018) Peso inicial ( ): 3.01 g Peso final ( ): 2.62g …..(Ecuación 1) % Humedad: 14.88% 11. Determinación de humedad del sustrato utilizado de champiñón utilizando una termobalanza; Para la determinación de la humedad del sustrato, se tomaron tres muestras uniformes de 20 g las cuales se etiquetaron. Procedimos a la instalación y puesta en funcionamiento de la termobalanza Anexo 2. Los parámetros fueron los siguientes: Temperatura: 100° C Inicio: automático Tiempo de secado: 2 min Resultado: 0-100% humedad Una vez calibrado el instrumento, colocamos la muestra de sargazo en el platillo de la termobalanza y realizamos la medición de acuerdo a la NMX-F- 428-1982. El proceso fue llevado a cabo tres veces con los resultados siguientes: 0 2 4 6 8
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