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ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar

Volumen 47 - No. 2 – mayo-agosto - 2013 Evaluación del biofertilizante Nitrofix en el cultivo de tomate (Solanum lycopersicum l.) sobre un suelo ferralítico rojo típico Evaluation of the Nitrofix in the cultivation of tomato (Solanum lycopersicum l.) on a ferralitic red typical soil Yusmila Guevara-Verdecia, Yohandri Ruisánchez-Ortega, Adrian Hernández-Guillén, Ana Nelis San Juan-Rodríguez Evaluación del bioestimulante del crecimiento y desarrollo de la caña de azúcar, Fitomas-E, en el estado de Veracruz, México Evaluation of growth and development of sugar cane bio-stimulant Fitomas-E in the state of Veracruz, Mexico Rafael Zuaznabar-Zuaznabar, Genaro Pantaleón-Paulino, Nelson Milanés-Ramos, Israel Gómez-Juárez, Agustín Herrera-Solano Paja de la caña de azúcar. Sus usos en la actualidad. Sugarcane's straw. It's current uses Tamara S. León-Martínez, Daisy Dopíco-Ramírez, Omar Triana-Hernández, Marelys Medina-Estevez Crecimiento de Azospirillum brasilense en presencia de disacáridos: sacarosa y lactosa. Azospirillum brasilense growth in the presence of disaccharides: sucrose and lactose Yudyt Díaz-Saez, Manuel Díaz-de los Ríos, Mario Alberto-Casas, Arianna Nuñez-Caraballo, Marlene Martínez-Mora La calidad del agua destilada en la determinación de cenizas conductimétricas en azúcares crudos. Distilled water quality in the conductimetric ash determination in raw sugar Roberto J. Rodríguez-Mambuca, Julián Rodríguez-López, Armando Perdomo-Morales Predicción de la estabilidad del probiótico Probicid de Lactobacillus plantarun B-103-1-5 por el método de máxima probabilidad Prediction of the stability from the probiotic Probicid of Lactobacillus plantarun B-103-1-5 by the method of maximum probability Gloria Bueno-García, María Antonieta Brizuela-Herrada, Grizel Delgado-Arrieta, Paulina Serrano-Méndez, Heidy Pérez Leonard Integración del diseño del sistema de control automático al diseño total de una planta para obtención de alimento animal a partir de residuos de la industria azucarera Integration of an automatic control system to the total design of an installation for the obtainment of animal feed from sugar industry residues Amaury Pérez-Martínez, Isnel Benítez-Cortés, Hilda Oquendo-Ferrer, María Caridad Julián-Ricardo, Pablo Galindo-Llanes La trehalosa. Parte III. Un oligosacárido asociado a la resistencia de la caña luego del corte Trehalose. Part III. An oligosaccharide related to the sugar cane resistence after cutting Eduardo Lorenzo Ramos-Suárez, Susana Ravelo-Bravo, Yusnel Cutiño-Tejeda

3

Yusmila Guevara-Verdecia1; Yohandri Ruisánchez-Ortega2, Adrian Hernández-Guillén3,

Ana Nelis San Juan-Rodríguez1

1. Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA). Dirección de Bioprocesos Cuba 10. Consejo Popular Pablo Noriega.

Quivicán. Mayabeque. Cuba. CP 33 5002. Instituto de Investigaciones Hortícolas ¨Liliana Dimitrova¨. IIHLD. Carretera Bejucal -

Quivicán, km 33 1/2. Quivicán. Mayabeque. Cuba3: Estación de Protección de Plantas de Quivicán. EPP-Quivicán. Carretera Bejucal -

Quivicán, km 33 1/2. Quivicán. Mayabeque. Cuba.dirc10@enet.cu

RESUMEN

Se evaluó el efecto del Nitrofix en el cultivo del tomate (Solanum lycopersicum L.) en lascondiciones de suelo ferralítico rojo típico. La investigación se realizó en el Instituto deInvestigaciones Hortícolas ¨Liliana Dimitrova¨, durante la campaña 2011-2012. Se estu-diaron dos tratamientos: T1 (100 % de la fertilización nitrogenada (100 kg N/ha)) y T2(NITROFIX más 70 % de la fertilización nitrogenada), los cuales se distribuyeron en undiseño de bloques al azar con tres réplicas, donde se evaluaron indicadores de desarro-llo vegetativo y productivo. Los mejores resultados en cuanto a crecimiento y produccióncorrespondieron al T2, lo que representa una reducción del 30 % de la fertilización nitro-genada.

Palabras clave: tomate, biofertilizante, Azospirillum sp., fertilización nitrogenada.

ABSTRACT

Present paper was intended to assess the effect of Nitrofix in tomatoe (Solanum lyco-persicum L) on ferralytic red typical soil during the 2011-2012 campaigns. Two treat-ments were studied: T1 (100 % of nitrogen contribution (100 kg N/ha)) and T2 (Nitrofixplus 70 % of nitrogen requirements). These treatments were studied through a randomblocks design by triplicate where productive and vegetative indicators were analyzed. Thebest results regarding to growth and production results corresponded to the treatmentusing Nitrofix witha net reduction of 30 % of chemical fertilizers.

Keyswords: tomato, biofertilizer, Azospirillum sp., nitrogenated fertilization.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2013, vol. 47, no. 2 (mayo-agosto), pp. 3 - 7

Evaluación del biofertilizante Nitrofix en el cultivo de tomate (Solanum lycopersicum L.)

sobre un suelo ferralítico rojo típico

INTRODUCCIÓN

El tomate constituye una de las principa-les hortalizas de Cuba, su cultivo representael 35 % del volumen total de producción y el30 % del área de siembra (1), debido a queconstituye una de las fuentes primarias devitaminas y minerales para la población. Sedestaca por su contenido de vitaminas B1,B2, B5, C y carotenoides como el licopeno,así como por su potencialidad en formar bio-masa área (2).

La aplicación de bacterias promotorasdel crecimiento vegetal (PGPB) en cultivosde importancia agrícola, es una alternativaviable, sobre todo en los países en vías dedesarrollo, con una agricultura subdesarro-llada y que carecen de fertilizantes (3).

La capacidad para producir fitohormonascapaces de promover el desarrollo vegetalestá ampliamente distribuida entre lasPGPB. Entre los géneros más destacadosen la producción de estas sustancias, seencuentra el Azospirillum (4).

Otro mecanismo que explica el aumentoen los cultivos, es la capacidad de estosgéneros bacterianos para fijar el nitrógenoatmosférico, nutriente más importante, des-pués del agua, para el desarrollo de las plan-tas (5).

Nitrofix es un producto obtenido a partirde una suspensión de bacterias fijadoras denitrógeno y productoras de fitohormonaspara el crecimiento vegetal, del géneroAzospirillum sp., elaborado con la cepaautóctona “8 INICA”, a una concentración de109-1010 ufc.ml-1, en medio acuoso.

Teniendo en cuenta estos antecedentes,el objetivo del presente trabajo fue evaluar elefecto del biofertilizante en el cultivo deltomate (Solanum lycopersicum L.) en lascondiciones de suelo ferralítico rojo típico.

MATERIALES Y MÉTODOS

El presente estudio se llevó a cabodurante la campaña 2011-2012, en áreas delInstituto de Investigaciones Hortícolas¨Liliana Dimitrova¨ (IIHLD).

El material vegetal que se utilizó, fue eltomate (Solanum lycopersicum L.), variedadL-43, proveniente del programa de mejora-miento genético del IIHLD. El experimentose desarrolló en condiciones de campo

abierto. El cultivo se estableció durante losmeses de octubre a febrero, sobre un sueloferralítico rojo típico (6).

Se estudiaron dos tratamientos: T1 (100 %de la fertilización nitrogenada (100 kg N/ha)) yT2 (Nitrofix más el 70 % de la fertilización nitro-genada). Ambas variantes recibieron un fondofijo de P2O5 y K2O, de 80 y 100 kg/ha, res-pectivamente. Los tratamientos se distribuye-ron en un diseño de bloques al azar con tresréplicas. El trasplante se realizó en parcelasde 28 m2 (10 m de largo x 2,8 m de camellón).En el momento del trasplante se aplicó mediadosis del fertilizante nitrogenado, más todo elfósforo y el potasio, a través del portador fór-mula completa 9-13-17. Pasado 35 días, seaplicó el resto de la fertilización nitrogenada yel portador urea (46 %). El Nitrofix fue inocula-do inmediatamente después del trasplantesobre el suelo, a razón de 40 L/ha, en un volu-men final de 200 L de agua y utilizando unaasperjadora de 16 L. Los indicadores evalua-dos fueron: • Altura y diámetro basal del tallo (cm): Para

la determinación se tomaron 10 plantaspor parcela experimental y se le determinóla altura y el diámetro basal del tallo, a los20 y 60 días después del trasplante (ddt).

• Número promedio de frutos por planta (u),masa promedio de un fruto (g): Para ladeterminación se contaron los frutos de10 plantas de la parcela experimental y sepesaron en una balanza técnica.

• Rendimiento total (t/ha): Se calculó sobrela base de la masa de todos los frutos dela parcela, y se transformó en toneladapor hectárea.

Para el procesamiento estadístico de lainformación se realizó un análisis de varianzade clasificación doble, a cada una de lasvariables evaluadas. Se utilizó el paqueteestadístico Statgraphics versión 5.0 (7). Lasmedias se compararon mediante la prueba deTukey, con un nivel de significación de 0,05.

Para la valoración económica de losresultados se utilizó la metodología propues-ta por la FAO (1984). Se calcularon lossiguientes indicadores:• Valor de la producción (pesos):

Rendimiento total por el valor de unatonelada de tomate.

• Gasto total (pesos/ha): Suma total detodos los gastos obtenidos para la pro-ducción en una hectárea.

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• Ganancia neta (pesos/ha): Diferenciaentre el valor de la producción y el gastototal.

• Beneficio/costo (C/P): Cociente del gastototal (pesos) y la ganancia total (pesos).

• Relación beneficio/costo (RVC): Cocientede la ganancia total (pesos) y el gastototal (pesos).

• Valor del incremento del rendimiento(pesos): Diferencia entre el valor de laproducción de la variante fertilizada al100 % y la variante biofertilizada.

Se utilizó como base de cálculo la fichade costo del cultivo del tomate (Cuba,MINAG, 2010) y un valor de $4560,00 parauna tonelada de tomate (MINAG, 2010) y$0,55/L para el Nitrofix (ICIDCA, 2010).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la figura 1 se puede apreciar que a los20 días después del trasplante (ddt) no exis-ten diferencias significativas entre los trata-

mientos en cuanto a la altura de la planta, sinembargo, a los 60 ddt, síse muestran dife-rencias significativas entre ellos. Con la ino-culación del Nitrofix más el 70 % de la fertili-zación nitrogenada (T2), se obtuvo la mayorestimulación de este indicador. Por otraparte, en la figura 2, se observa que no hubodiferencias significativas entre los tratamien-tos en cuanto al diámetro basal del tallo.

Los resultados alcanzados en cuanto a laaltura de las plantas de tomate pueden estardeterminados, por la contribución del Nitrofixen la fijación del nitrógeno atmosférico, y porsu participación en varias transformacionesen el ciclo del nitrógeno (5,8); así como porla capacidad del género Azospirillum paraproducir fitohormonas como el ácido 3-indolacético (AIA), sustancia que interviene en eldesarrollo del sistema radical y provoca unaumento en la toma de minerales y agua (9).

En la tabla 1 se observan diferencias sig-nificativas entre los tratamientos T1 y T2para el número de frutos por planta y el ren-dimiento. La inoculación con NITROFIXmás el 70 % de la fertilización nitrogenada

5

NS P ≥0,05: No se mostraron diferencias significativas entre los tratamientos. * P≤0,05: Existieron diferencias significativas entrelos tratamientos

Figura 1. Efectos del Nitrofix sobre la altura del tallo de las plantas de tomate.

(T2), fue la que mostró los mayores resulta-dos en la estimulación de estos indicadores,sin embargo, no se mostraron diferenciasentre los tratamientos en cuanto a la masapromedio de los frutos.

Los resultados obtenidos pueden atri-buirse a la inoculación con Nitrofix, que escapaz de aportar sustancias estimuladorasdel crecimiento como: ácido indolacético,giberelinas, citoquininas y la trasmisión deseñales que le permiten a la bacteria esti-mular el desarrollo del cultivo, aumentar elnúmero y masa de los frutos, e incrementar

la producción por planta y el ren-dimiento total (10).

Resultados similares (11)fueron obtenidos al reducir la fer-tilización nitrogenada entre 25 y30 % en el cultivo del tomate¨INCA-17¨con la aplicación deun bioproducto a base deAzospirillum brasilense Sp-7.

Análisis económico

En la tabla 2 se refleja el aná-lisis económico derivado de los resultadosproductivos en el cultivo del tomate variedadL-43 ante los diferentes tratamientos.

El análisis económico permitió realizaruna valoración integral de los resultadosobtenidos, desde el punto de vista producti-vo, pues el tratamiento que presentó elmejor comportamiento en cuanto a rendi-miento fue el T2 (Nitrofix +70 % N), el cualtambién mostró indicadores de eficienciaeconómica superiores.

Se observó además, que independiente-mente de los factores en estudio, siempre

6

Tabla 1. Efectos del NITROFIX sobre el rendimiento y sus componentes

Tratamientos No. de frutos/planta

Masa X de los frutos

g

Rendimiento t/ha

T1 11,98 b 103 21,46 T2 13,40 a 104 24,59

EsX 0,268* 3,16NS 0,596* CV, % 5,98 8,65 7,26

NS P=0,05: No se mostraron diferencias significativas entre los tratamientos. * P=0,05.

NS P≥0,05: No se mostraron diferencias significativas entre los tratamientos.

Figura 2. Efectos del Nitrofix sobre el diámetro basal del tallo de las plantas de tomate.

existió un adecuado retorno del capital inver-tido, expresado como ganancias, y bajocosto por peso de producción (<1).

Por lo tanto la inoculación de Nitrofixmás el 70 % de la fertilización nitrogenada(T2), alcanzó la mayor ganancia económicaal obtener un valor del incremento del ren-dimiento con respecto al testigo (T1) de14,28 MP/ha.

CONCLUSIONES

• La inoculación con Nitrofix (Azospirillumsp.) permite reducir en un 30 % la fertili-zación nitrogenada recomendada para eltomate en las condiciones de suelo ferra-lítico rojo típico.

• Constituye una alternativa de manejonutricional, que permite incrementar losindicadores de crecimiento y productivi-dad del cultivo.

• Los beneficios económicos generadosavalan el uso del Nitrofix en un sistemaagrario sostenible, siendo además unproducto amigable con la naturaleza.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. ONE. Cuba en cifras. En: (CD-ROM).Oficinas Nacional Estadística. Ciudad dela Habana. 2011.

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3. Matiru, V.; Dakora, F.. Potential use of rhi-zobial bacteria as promoters of plantgrowth for increased yield in landraces ofAfrican cereal crops. African J.Biotechnology, 3:pp. 1-7. 20044.

4. Radwan, T; Mohamed, Z.; Reis, V. Efeitoda inoculação de Azospirillum eHerbaspirillum na produção de compos-tos indólicos em plântulas de milho earroz. Pesq. Agropec. Bras., Brasília, ,39(10): pp. 987-994. 2004

5. Amir, H; Shamsuddin, Z.; Halimi, M.;Ramlan, M.; Marziah, M. N2 fixation,nutrient accumulation and plant growthpromotion by rhizobacteria in associationwith oil palm seedlings. Pakistan J. Biol.Sci., 6:pp. 1269-1272. 2003

6. Hernández, A; Ascanio, M.O.; Morales, M.Correlación de la nueva versión deClasificación genética de los suelos deCuba con las clasificaciones internaciona-les y nacionales. En: VI Congreso de laSociedad Cubana de la Ciencia del Suelo(16:2006 marzo 8-10, La Habana).Memorias. CD-ROM. Sociedad Cubanade la Ciencia del Suelo, 2006.

7. USA, SGC (Statistical GraphicsCorporation). Statgraphics Plus forWindows: Version 5.0, 2000.

8. Parra, Y; Cuevas, F. Potencialiades deAzospirillum como inoculante para la agri-cultura. Cultivos Tropicales, 23 (3):pp. 31-41, 2001.

9. Acebo, Y.; Rives, N.; Heydrich, M.;Hernández, A. Efecto promotor del creci-miento vegetal de cepas de Azospirillum sp.Cultivos Tropicales, 28(3):pp.29-32. 2007.

10. Villar, J.; Viñals, M.; Álvarez, X.;Dorta, M. Tecnología de producción deinoculntes de Azospirillum y factibilidadeconómica de su aplicación agrícola encultivos seleccionados. CultivosTropicales, 26(3): pp. 23-26. 2005.

11. Terry, E. Application times of anAzospirillum bioproduct in tomato growth,development and yield. CultivosTropicales 21(4): pp. 5-8. 2000.

7

Tabla 2. Valoración económica de los resultados obtenidos

Tratamientos Rend. (t/ha)

VP (MP/ha)

GT (MP/ha)

G N (MP/ha) C /P R VC

(MP/ha) VIR

(MP/ha)

T1 (100 % N) 21,46 97,85 9,80 88,05 0,10 9,98 -

T2 (Nitrofix +70 % N) 24,59 112,13 9,76 102,37 0,08 11,48 14,28 Rend: Rendimiento; VP: Valor de la producción; GT: Gasto total; GN: Ganancia neta; C/P: Costo por peso; RVC: Beneficio-costo; VIR: Valor del incremento del rendimiento; MP/ha: Miles de pesos/hectárea.

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Rafael Zuaznabar-Zuaznabar1, Genaro Pantaleón-Paulino2, Nelson Milanés-Ramos1,Israel Gómez-Juárez2, Agustín Herrera-Solano3

1. Instituto de Investigaciones de la Caña de Azúcar. Carretera del Central M. MartínezPrieto, km 2½ Boyeros, La Habana, Cuba. rafael.zuaznabar@inica.azcuba.cu

2. Ingenio Central Motzorongo. Veracruz México3. Facultad Agronomía Universidad de Veracruz México

RESUMENSe describen los resultados de dos experimentos llevados a cabo en el centralMotzorongo y la Universidad de Veracruz, sobre suelos Acrisol húmico y Cambisol en con-diciones de temporal, en ciclo soca, con las variedades de caña de azúcar CP 72 20-86 yMex 79-431. Se evaluaron dosis de 2 y 3 L/ha y 2 L/ha, respectivamente. Las medicionesde los componentes del rendimiento agrícola, altura y diámetro de los tallos superaron,significativamente, al testigo comercial en ambos experimentos con la dosis de 3 y 2 L/ha,mientras que en el número de tallos por metro lineal se mantuvo un comportamiento esta-ble en todos los casos, sin diferencia significativa entre los tratamientos en estudio. El ren-dimiento agrícola del cultivo en el central Motzorongo, con las dosis del bioestimulante de2 y 3 L/ha, fueron superiores estadísticamente al testigo comercial en 11,95 y 15,75 t/ha.Esto representa incrementos de 18,24 y 24,04 %, mientras en el estudio de la Universidadde Veracruz con la dosis de 2 L/ha de FitoMas-E, también hubo diferencia estadística encosecha verde con un valor de 12,70 t/ha y en cosecha quemada de 10,65 t/ha que repre-sentan incrementos de 11,56 y 10,18 %, respectivamente. El análisis de calidad de losjugos (brix, sacarosa, humedad y azúcares reductores) mantuvo un comportamiento uni-forme sin diferencias significativas entre los tratamientos en estudio.Palabras clave: bioestimulante, FitoMas, rendimiento agrícola.

ABSTRACTThe results of two experiments established in the Central Motzorongo and the Universityof Veracruz on humic Cambisol and Acrisol soils under rainfed conditions in ratoon cycle,with sugarcane varieties CP 72 20-86 and Mex 79-431 are described. It was evaluated indoses of 2 and 3 l/ha and 2 L/ ha respectively. Measurements of crop yield as height anddiameter of stem were significantly higher than the commercial control in both experi-ments with doses of 3 and 2 l/ha, while the number of stems per meter remained stablein all cases with no significant difference between the treatments under study. The agri-cultural yields of the crop in the Central Motzorongo with biostimulant doses of 2 and 3L/ha were statistically higher than the commercial samples in 11,95 and 15,75 t/ha whichrepresent increments of 18,24 and 24,04 %, while in the study from the University ofVeracruz with a dose of 2 L/ha of FitoMas-E there was also statistical difference in greencrop with a value of 12,70 t/ha and in burned harvest with 10,65 t/ha, which representincrements of 11,56 and 10,18 % respectively. The analysis of juice quality (brix, sucro-se, moisture and reducing sugars) had a uniform behaviour with no significant differen-ces between the research treatments. Keywords: biostimulant, FitoMas, agricultural yield.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2013, vol. 47, no. 2 (mayo-agosto), pp. 8 - 12

Evaluación del bioestimulante del crecimiento y desarrollo de la caña de azúcar FITOMAS-E

en el estado de Veracruz, México

INTRODUCCIÓN

La regulación del crecimiento de las plan-tas, a partir de la aplicación de bioestimulantesdel crecimiento y desarrollo de los cultivos, esuna tecnología relativamente nueva en los paí-ses en vías de desarrollo, aunque ya ha sidoestablecida en algunos países desarrollados.

La introducción y generalización de dife-rentes bioproductos, fertilizantes foliares yactivadores de las funciones biológicas delas plantas se consideran entre los logrosmás importantes alcanzados en las cienciasagrícolas ya que, si en el pasado siglo muypocos de estos productos se comercializa-ban en el mundo, en la actualidad se empleaun número elevado de ellos con resultadossatisfactorios. Resultan una opción paraaumentar significativamente en cantidad ycalidad los rendimientos de los cultivos. Sedesarrollan procesos agrícolas con un míni-mo impacto sobre los agroecosistemas y, engeneral, con una disminución porcentual delos costos de producción, en una épocadonde el precio de los agroquímicos esexcesivamente elevado y está muy limitadala disponibilidad de recursos financieros (1).

Se ha demostrado que, en especial, losbioestimulantes son muy eficientes cuandola planta ha sido sometida a períodos deestrés; por otra parte, algunos investigado-res plantean que en diferentes condicionesedafoclimáticas los cultivos de interéscomercial como promedio logran entre 40-65 % de eficiencia en el uso de los nutrien-tes. Es necesario un incremento de hasta70-80 % del potencial para lograr satisfacerlas demandas de los próximos 30 años (2).Los bioestimulantes figuran entre los insu-mos más importantes para alcanzar esteresultado.

El presente estudio tiene como objetivoevaluar la eficiencia del bioestimulanteFitoMas-E, que se produce en Cuba y seaplica en la caña de azúcar y otros cultivos,en las condiciones edafoclimáticas de algu-nas localidades de Veracruz, en México y suincidencia en el incremento del rendimientoagrícola de la caña de azúcar.

MATERIALES Y MÉTODOS

Para evaluar la eficiencia del bioestimu-lante del crecimiento y desarrollo de la caña

de azúcar FitoMas-E, se establecieron dosexperimentos de campo en distintas locali-dades del estado de Veracruz. Las caracte-rísticas principales de los estudios se descri-ben a continuación.

Se montó un experimento de camposobre suelo Acrisol húmico-gleyco con lavariedad de caña de azúcar CP 72-2086, enel ciclo soca, en condiciones de temporal, enel Ejido Ojo de Agua, de la División Batey,perteneciente al central Motzorongo. Lacosecha se realizó el 4 de enero de 2012, encaña verde (cruda), con una edad de la plan-tación de 12,5 meses.

Las evaluaciones ejecutadas durante eldesarrollo del estudio fueron las siguientes:rendimiento agrícola del cultivo (por pesajedirecto) en el momento de la cosecha, diá-metro y altura de los tallos, así como lapoblación expresada en número de tallos pormetro lineal a los 8, 10 y 12 meses. Tambiénse realizaron análisis de parámetros indus-triales o calidad de los jugos (brix, sacarosa,humedad y azúcares reductores).

El diseño experimental utilizado fue debloques al azar, con 3 réplicas, y parcelasconformadas por 6 surcos de 12 m de longi-tud separados a 1,20 m, de los cuales solose tomaron 4 surcos, y se desecharon los delos extremos para un área de cálculo de par-cela de 57,6 m2.

Los tratamientos evaluados fueron lossiguientes:1-Testigo comercial 600 kg/ha de 20 -5 -24

N, P, K.2-FitoMas-E 3 L/ha.3-FitoMas-E 2 L/ha4-Smartrack 1 kg/ha + Celebrity 1 L/ha.5-Paquete Gradmínea 1 L/ha.6-Paquete Gradmínea 2L/ha.7-Bomen 2 L/ha.

Durante el desarrollo del experimento seregistraron las lluvias por meses (figura 1).

El otro experimento se desarrolló en laFacultad de Agronomía de la UniversidadVeracruzana, Peñuela, Córdoba, Veracruz,sobre suelo Cambisol, con la variedad decaña de azúcar Mex 79-431, en el ciclo desoca, en condiciones de temporal. La cose-cha se realizó el 3 de enero de 2012, unaparte verde (cruda) y la otra quemada, comoestán concebidos los tratamientos del expe-rimento, con una edad de la plantación de12,5 meses.

9

Las evaluaciones realizadas fueron lassiguientes: rendimiento agrícola en elmomento de la cosecha, diámetro, altura ypesos de los tallos, así como la poblaciónexpresada en número de tallos por metrolineal.

El diseño experimental empleado fue debloques al azar con 4 repeticiones y parcelasconformadas por 4 surcos de 10 m de longi-tud, con una separación entre hileras de1,20 m para un área de parcela de 48 m2.

Los tratamientos evaluados fueron lossiguientes:1-FitoMas-E 2 L/ha cosecha verde.2-FitoMas-E 2 L/ha cosecha quemada.3-Cosecha verde sin bioestimulante.4-Cosecha quemada sin bioestimulante.

Se registraron las lluvias por mesesdurante el desarrollo del estudio (figura 2).

La evaluación de las determinaciones ymediciones realizadas fueron procesadasmediante análisis de varianza y cuando exis-tió diferencias entre las medias, se utilizó laprueba de Rangos Múltiples de Tukey conun 5 % de significación.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las evaluaciones realizadas a los compo-nentes del rendimiento en el momento de lacosecha, en el experimento de Motzorongo,el diámetro y la altura de tallos con la dosis de3 L/ha, resultaron estadísticamente superio-res con respecto al testigo comercial, aunquetambién se debe destacar que con la aplica-ción de 2 L/ha, se alcanzaron valores absolu-tos superiores en ambos parámetros. Estosresultados corroboran los obtenidos por otrosautores (2-6), quienes en evaluaciones reali-zadas en diferentes condiciones edafoclimáti-cas de Cuba, obtuvieron incrementos signifi-cativos de estos indicadores productivos conla aplicación de diferentes dosis del bioesti-mulante FitoMas-E, en comparación con eltestigo comercial (tabla 1).

La población expresada en número detallos, en 2 metros lineales, no mostró dife-rencia entre ninguno de los tratamientosevaluados, coincidiendo con otros resulta-dos (7). Se reporta (8) que de los compo-nentes del rendimiento agrícola, general-mente este parámetro es el que menosvariación sufre en el manejo de las planta-ciones de caña de azúcar, y es el más aso-ciado a las características genéticas de cadavariedad (tabla 1).

Por otra parte se plantea (9) que el núme-ro de tallos puede derivarse de las caracterís-ticas de la variedad, que logra presentar uncierre de campo temprano y un elevado ángu-lo entre la hoja y la vaina. En estas varieda-des, el cierre de campo puede provocar unareducción más acentuada en el ahijamientoque en las variedades de cierre de campomás tardío, y hábito de crecimiento erectoque ven favorecidas el amacollamiento, locual condiciona un mayor número de tallospor metro.

Los resultados del rendimiento agrícolaestuvieron influenciados por el comporta-miento de sus componentes, por lo que lostratamientos de FitoMas-E, también resulta-ron significativamente superiores al testigocomercial con valores absolutos de 11,95 y15,75 t/ha, que representan incrementos de18,24 y 24,04 % con las dosis de 2 y 3 L/ha,respectivamente. Además también superaronen valores absolutos a los otros bioestimulan-tes en estudio (tabla 2).

El análisis de los parámetros industriales(tabla 3) realizados en la cosecha del experi-

10

Figura 1. Lluvia por meses (experimentoMotzorongo, 2011).

Figura 2. Lluvia por meses (experimentoCórdoba, 2011).

mento de Motzorongo, mantuvo uncomportamiento uniforme en todoslos casos, sin diferencia significati-va entre los tratamientos evalua-dos. Estos resultados ratifican losobtenidos en diferentes condicio-nes edafoclimáticas de Cuba (10)con la aplicación del bioestimulanteFitoMas-E a distintas dosis, que noencontraron influencia sobre losparámetros industriales o calidadde los jugos. Sin embargo, existenreportes (11) sobre la aplicación delbioestimulante Kadostin, a la dosisde 1 L/ha, en análisis realizados100 días posteriores a la aplicación,logran incrementos en el contenidode sacarosa. La longitud de lostallos se incrementa en un 10 %,mientras que no se detectan dife-rencias significativas en el diámetroy número de tallos por metro.

El experimento establecido enla Facultad de Agronomía de laUniversidad Veracruzana, mantu-vo un comportamiento similar alanterior, donde el tratamiento conFitoMas-E a la dosis de 2 L/ha,tanto en cosecha en verde comoquemada, resultó significativa-mente superior al tratamientocomercial, en el diámetro y alturade tallos, y sin diferencia estadís-tica en la población expresada entallos por metro lineal (tabla. 4).

En los resultados de la cose-cha, se mantiene el efecto consis-tente del bioestimulante FitoMas-E,en el rendimiento agrícola del culti-vo. Se apreció que los tratamientosque fueron beneficiados con la apli-cación del producto a la dosis de 2L/ha, alcanzaron valores significati-vamente superiores en 12,70 y10,65 t/ha en caña verde y quema-da, respectivamente, que represen-tan incrementos de 11,56 y 10,18 %en ambos casos. Estos resultadoscorroboran otros (7) que obtuvieronrespuesta a las aplicaciones deFitoMas-E a dosis de 2 L/ha, entodas las variedades evaluadassobre los principales tipos de suelodonde se desarrolla el cultivo de lacaña de azúcar en Cuba (tabla 5).

11

Tabla 1. Resultados de la evaluación de componentes del rendimiento agrícola

Tratamientos Diámetro (cm)

Altura (m)

Tallos/m

Testigo comercial 2,48b 2,58b 23,55ª FitoMas 3 L/ha 2,62ª 2,80ª 23,33a FitoMas 2 L/ha 2,55ab 2,66b 21,66a Esmartrack+Celebrity 2,53ab 2,64b 19,78a Paquete Gradminea 2,60ª 2,68ab 22.44ª Paquete Gradminea 2,49b 2,73ab 23,89ª Bomen 2,49b 2,69ab 20,89ª C.V 2,80 3,89 13,39

Tabla 2. Resultados del rendimiento agrícola (experimento Motzorongo)

Tratamientos Rend (t/ha)

Incremento (t/ha) (%)

Testigo 600 kg/ha 65,50b - - FitoMas 3 L/ha 81,25ª 15,75 24,04 FitoMas 2 L/ha 77,45ª 11,95 18,24 Esmartra+Celebrity 60,01b - 5,49 - 8,38 Gradminea 1 L/ha 75,34ª 9,84 15,02 Gradminea 2 L/ha 72,35ª 6,85 10,45 Bomen 2 L/ha 63,02b 2,48 3,78 C.V 14,99 - -

Tabla 3. Resultado análisis industriales (experimento Motzorongo)

Tratamientos Brix Sacarosa Humedad Reduct Testigo 21,9ª 13,60ª 70,00a 0,15ª FitoMas 3 L/ha 21,8ª 13,54ª 68,66ª 0,16ª FitoMas 2 L/ha 22,1ª 13,77ª 68,66ª 0,17ª Smart+Celebri 21,3ª 13,03ª 71,33ª 0,20ª Gradminea 22,,4ª 13,81ª 69,33a 0,17ª Gradminea 21,4ª 13,15ª 68,00a 0,18ª Bomen 21,8ª 13,49ª 69,00a 0,15ª C.V 2,05 2,81 3,68 1,04

Tabla 4. Resultados de la evaluación de los componentes del rendimiento agrícola

Tratamientos Diámetro (cm)

Altura (m)

Tallos/m

FitoMas 2 L/ha C.V 2,16ª 2,98ª 11,75ª FitoMas 2 L/ha C.Q 2,14ª 2,98ª 11,66ª Cosecha verde 2,08b 2,79b 11,00a Cosecha quemada 2,06b 2,71b 10,73a C.V 0,98 1,92 3,29

CONCLUSIONES

La aplicación de FitoMas-E ocasionó unincremento significativo de la longitud y diá-metro del tallo en comparación al testigocomercial, a las dosis de 2 y 3 L/ha en losexperimentos establecidos en la Facultad deAgronomía y el central Motzorongo, respecti-vamente. En la variable de población expresa-da en tallos/m lineal no se detectaron diferen-cias significativas entre los tratamientos eva-luados en ningún caso.

El FitoMas-E no influyó en la calidad de losindicadores azucareros analizados (Brix,sacarosa, humedad y azúcares reductores).

El aumento del rendimiento agrícola de lostratamientos que se beneficiaron con la aplica-ción de FitoMas-E, en el experimento deMotzorongo fue 11,95 y 15,75 t/ha, y represen-tan incrementos de 18,24 y 24,04 % a las dosisde 2 y 3 L/ha respectivamente, mientras queen el experimento de la Facultad de Agronomíalos valores del rendimiento agrícola fueron de12,70 y 10,65 t/ha, que representan incremen-tos de 11,56 y 10,18 % en caña cosechadaverde y quemada, respectivamente.

RECOMENDACIONES

• Evaluar en próximos trabajos conFitoMas-E, aplicaciones fraccionadas delproducto y su incidencia en el rendimientoagrícola del cultivo de la caña de azúcar.

• Continuar las investigaciones de la apli-cación del FitoMas-E con dosis superio-res a 3 l/ha en el resto de las variedadesmás extendidas del país, así como paralas condiciones edafoclimáticas másrepresentativas.

• Realizar la evaluación económica con losresultados que se deriven de las aplica-ciones del bioestimulante FitoMas-E.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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11. Malasia, Study of Kadostim a ripener insugar cane in large scale. AgriculturalResearch Division of Kiland, Malasia.Inagrosa, artículo 147. 1996.

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Tabla 5. Rendimiento agrícola (experimento Facultad Agronomía)

Tratamientos Rend. (t/ha)

Incremento (t/ha) (%)

FitoMas 2 L/ha C.V 122,49ª 12,70 11,56 FitoMas 2 L/ha C.Q 115,17ª 10,65 10,18 Cosecha verde 109,79b - - Cosecha quemada 104,52b - - C.V 5,78 - -

13

Tamara S. León-Martínez, Daisy Dopíco-Ramírez, Omar Triana-Hernández, Marelys Medina-Estevez

Planta Bioprocesos, Dpto. Química del Bagazo, Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar,

Quivicán, Mayabeque, Cubatamarasleon@hotmail.com

RESUMEN

La paja de la caña de azúcar es un residuo beneficioso para el hombre cuando se usacorrectamente. Su quema es altamente destructiva si se realiza indiscriminadamente,genera daños al suelo y emite partículas de carbón vegetal que pasan directamente almedio ambiente. La atmósfera se contamina, ocurren variaciones climatológicas y sedaña sensiblemente el entorno que nos rodea.Se hizo una búsqueda bibliográfica sobre los principales usos de los residuos agrícolasde la caña (paja), donde se destacan sus potencialidades, fundamentalmente, en los paí-ses que cultivan esta gramínea para la producción azucarera.

Palabras clave: paja de la caña de azúcar, cogollo, caña de azúcar, biomasa.

ABSTRACT

Sugarcane trash is a beneficial waste for the man when it is correctly used. It´s burning,on the other hand, is highly destructive and when carried out indiscriminately damage thesoil and emits vegetable coal particles, which pass to the environment directly contamina-ting the atmosphere and causing climate variations with the concomitant damages to theenvironment.In this paper a bibliographical research about the main uses of the agricultural residuals ofthe cane (trash) was carried out. Hence, the potentialities of this residue are emphasizedmainly for those countries where this gramineous is cultivated for sugar production.

Keywords: sugar cane trash, top, sugar cane, biomass.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2013, vol. 47, no. 2 (mayo-agosto), pp. 13 - 22

Paja de la caña de azúcar. Sus usos en la actualidad

INTRODUCCIÓN

Los combustibles fósiles solo debendurar unas cuatro o cinco décadas más, porlo que de mantenerse los actuales niveles deexplotación, la nueva generación observaráel fin de estos.

Hoy se impone la necesidad de alcanzarun balance entre desarrollo y conservacióndel medio ambiente, que garantice un nuevoequilibrio entre la humanidad y la naturalezay que permita una nueva armonía con esta,tal y como se plantea en la conferenciaconocida como Cumbre de la Tierra, cele-brada en Río de Janeiro en 1992, para lapreservación del medio ambiente y el creci-miento económico.

Entre los problemas actuales que enfren-ta la humanidad están: el agotamiento nolejano de los combustibles fósiles, el cambioclimático, la insuficiente producción de ali-mentos y la crisis energética mundial.

La producción azucarera ha demostradoque es capaz de satisfacer parte de la ali-mentación directa a la humanidad. Muchos desus derivados constituyen fuentes de alimen-tación animal, los que a su vez complementanla dieta proteica de los seres humanos.

Sin embargo, los residuos agrícolasresultantes de la cosecha cañera no sonempleados en la cuantía que las circunstan-cias actuales lo exigen, a pesar de repre-sentar un formidable recurso como fuentede alimentación animal y generación deenergía (1).

Por otra parte, el hollín liberado durantela quema de la paja de la caña de azúcar enel campo, se deposita en el suelo en formade finos copos oscuros. Este contiene alre-dedor de 70 productos químicos perjudicia-les para el medio ambiente, que ocasionanserios problemas respiratorios en la pobla-ción expuesta.

En Cuba, la biomasa obtenida como sub-producto de la industria azucarera, constitu-ye el mayor recurso desde todos los puntosde vista, ya que en una tonelada de cañafresca, aproximadamente, el 32 % es debagazo integral y el 28 % de paja y cogollode caña (Residuo Agrícola Cañero, RAC),los cuales son la biomasa más importanteque se procesa y puede ser utilizada confines energéticos, como alimento animal opara producir otros productos derivados dela caña de azúcar.

A modo de ejemplo podemos citar que, aescala mundial estos subproductos, consti-tuidos fundamentalmente por la paja y elcogollo, representan una disponibilidad de5,5 MM TM (millones de toneladas métricas)(2). La paja es el resultado del secado de lashojas de la caña de azúcar, producto deldesarrollo de esta planta y el cogollo es laparte verde de la planta que queda en elcampo (hojas verdes y pedazos de tallos).Los dos constituyen una fuente de energíarenovable. El estimado de este residuo en elcampo es aproximadamente de 15 a 20 %del peso de la caña, de ahí que su volumensea elevado.

La solución del aprovechamiento deestos residuos depende de una serie de fac-tores que deberán ser estudiados y desarro-llados, así son importantes los aspectos derecolección, transporte, almacenamiento yprocesos tecnológicos para transformarlos.

CARACTERIZACIÓN

La composición de la caña de azúcar ensu estado natural se muestra en la tabla 1,donde se puede apreciar que los residuosconstituyen alrededor del 30 %, de ahí laimportancia de su utilización.

La paja está constituida por la vaina y lahoja seca. Su composición química en esta-do natural se muestra en la tabla 2.

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Tabla 1. Composición de la caña en la plantación (4)

Componente Contenido (%)

Cogollo y hojas verdes 8,44 Vainas y hojas secas(paja) 19,74 Tallos limpios 71,82

Tabla 2. Composición química de la paja en estado natural (4)

Componente Paja integral (%)

Celulosa 45,13 Lignina 14,11 Pentosanos 25,56 Cenizas 8,03 Humedad 9,67

RECOLECCCIÓN Y OBTENCIÓN DE RESI-DUOS AGRÍCOLAS

En el mundo hay diversos métodos parala recolección de paja en la producción decereales. Este proceso es una soluciónmecánica sencilla, ya que los residuos que-dan alineados en el surco durante la cose-cha. Además, estos materiales son, por loregular, homogéneos en su composición ytamaño. En el caso de los residuos de lacaña de azúcar, el proceso de recolección noes tan sencillo debido a la heterogeneidad ybaja densidad de bulto. Otro factor de impor-tancia lo constituye el hecho de que la inmen-sa mayoría de los países productores de azú-car de caña son subdesarrollados y no dis-ponen de la infraestructura técnico-materialnecesaria. Sin embargo, la mayoría de lospaíses productores de cereales tienen un altodesarrollo tecnológico e industrial (3, 4).

En Cuba, los residuos agrícolas de la cañapueden ser recolectados en dos lugares: en elcentro de acopio o estaciones de limpieza decaña y en el propio campo. En el caso de lapaja, cualquiera que sea su uso, se debe reali-zar un tratamiento mecánico que elimine laheterogeneidad de su geometría y haga posiblesu compactación para la utilización posterior.

TRANSPORTE

Entre los aspectos relacionados con lamanipulación de los residuos, uno de los

más importantes por su incidencia técnico-económica es la transportación.

Los residuos agrícolas son materiales debaja densidad y su carga está limitada porvolumen y no por el peso; por tanto, esimprescindible para la economía del transpor-te la utilización de todo el espacio disponibley la obtención de una buena compactación.

La baja densidad lleva a que el costo portransporte aumente, ya que hay que gastarmás para lograr el mismo suministro energé-tico que con otro tipo de combustibles. Si sequiere aliviar este problema, se puede haceraumentando la densidad de la biomasa.

VÍAS DE UTILIZACIÓN

Las vías de utilización de la paja se cla-sifican en dos grandes grupos: alimentaciónanimal y fines energéticos (figura 1).

ALIMENTO ANIMAL

La explotación a nivel industrial de laganadería y la avicultura en Cuba depende,en gran medida, de la necesidad de importarlas materias primas para la elaboración dealimentos concentrados (harina de soja yharina de pescado). Esto explica que parapoder desarrollar tales industrias es precisoencontrar nuevas fuentes que sustituyan alos productos importados, y le brinden a laindustria cierto grado de protección e inde-

15

Figura 1. Vías de utilización de paja de la caña de azúcar (4).

pendencia ante la fluctuación de sus preciosy la devaluación de la moneda.

El reemplazo de los ingredientes para laelaboración de alimentos por fuentes de pro-teína y energía de producción nacional, ofre-ce una alternativa muy atractiva para ladiversificación de los productos de la indus-tria del azúcar.

Fuente proteicaPara lograr complementos proteicos al

pienso y aumentar su digestibilidad, esimprescindible el tratamiento del material pormétodos fermentativos o microbiológicos.

El primero consiste en someter el mate-rial a un proceso de cocción, al que se adi-ciona urea y alguna sustancia con el objetivode estabilizar el pH. A continuación se enfría,y posteriormente, se fermenta hasta concluirla emisión de dióxido de carbono y vaporesalcohólicos (que pueden ser recuperados).Finalmente, el producto es compactado enforma de briquetas o paletas (pellets) parasu ulterior utilización.

No se tiene noticias de que esta tecnolo-gía haya rebasado el marco experimental.Sobre el método microbiológico tampococonstan referencias de que se haya imple-mentado industrialmente. En Cuba y particu-larmente en el ICIDCA (Instituto Cubano deInvestigaciones de los Derivados de la Cañade Azúcar), se desarrolló una tecnologíamicrobial para la producción de hongoscomestibles a partir del hongo Pleurotuspara la conversión combinada y rentable delos residuos cañeros al ser reintegrados alecosistema en alimento humano y animal.Además, con esta tecnología, la lignina dedifícil digestibilidad se transforma, al igualque la celulosa y hemicelulosa, sin necesi-dad de tratamiento físico o químico y, porúltimo, el sustrato remanente constituye unforraje beneficiado para la alimentación ani-mal y como fertilizante (4, 5).

Fuente de energía metabolizableSe distinguen dos métodos fundamenta-

les: físico y químico. Tanto uno como otrotratan de aumentar la digestibilidad de lapaja y lo logran entre 10-12 %. Ambos méto-dos se aplican para pequeños volúmenes enel campo o a escala industrial. Un aspectode interés lo constituye la rentabilidad decualquier tratamiento a la escala en que seaplique.

Un proceso descrito en la literatura (4)informa una combinación de ambos méto-dos, donde la paja se tritura y posteriormen-te se rocía con una solución de NaOH dilui-da a 4 %, concentración referida al peso dela paja. Se colocó, finalmente en pilas y seobservó un aumento de la temperatura en elcentro de ellas de 80 °C, posiblemente comoresultado de la reacción del álcali con losácidos que contiene la paja.

El aumento de la digestibilidad se debe ala ruptura de la estructura compacta confor-mada por la celulosa, hemicelulosa y ligninacomo material aglutinante. Se brinda unamayor accesibilidad a la celulosa y hemice-lulosa conformada por cadenas de azúcaresasimilables (6).

Tratamiento industrialEl tratamiento a escala industrial es el

resultado de una investigación previa quefinaliza con el desarrollo de una tecnologíaen la que se pueden o no utilizar métodosfísicos o químicos indistintamente o ambos,para lograr la factibilidad tecnológica y mejo-ras del producto a que va a ser destinado.Con el proceso industrial se logran digestibi-lidades de 60 a 65 %, también (7) aumentanla palatabilidad y el valor nutritivo; esto sedebe a la ruptura de los vínculos lignoceluló-sicos y por ende, el mejoramiento de la asi-milabilidad de la celulosa.

FINES ENERGÉTICOS

Utilización directaConsiderando la situación energética

mundial, la utilización de los residuos agríco-las con fines energéticos es, en nuestrosdías, una necesidad indispensable, pero suuso energético lleva aparejada la utilizaciónde más fertilizantes, la erosión de los suelospor el viento y la pérdida de humedad. Lapaja en el campo los protege. Este uso no essustentable ecológicamente, enfrenta pro-blemas relacionados con sus propias carac-terísticas (baja densidad, granulometría,etc.), además de los de recolección, manipu-lación y transporte.

De esta necesidad y con el deseo deaprovechar al máximo el potencial energéti-co de la caña surgió la idea de utilizar losresiduos agrícolas del cultivo, renovablesanualmente, como combustible en las calde-

16

ras para la generación del vapor. Tales resi-duos están compuestos por las hojas verdesy secas de la caña, los cogollos, las basurasy la caña que no se puede procesar.

Las cantidades de residuos generadoscambian enormemente dependiendo de lavariedad de caña, del rendimiento y de laedad. La proporción de los residuos oscilaentre el 10 y el 60 % en Colombia y entre el25 y el 35 % (8) en Sudáfrica.

El poder calorífico de los residuos mos-trados en la tabla 3 es equivalente al delbagazo, que con un contenido de humedaddel 30 %, alcanza 11 600 kJ/kg, al 1 % seráde 15 800 kJ/kg. El contenido de humedadde los cogollos y basuras en la época de lacosecha es de 50 %; si se dejan en el campodurante 2 o 3 días se reduce a 30 % y a 15% después de dos semanas. Cifras deTailandia muestran que los residuos se pue-den recoger, embalar y transportar a los inge-nios a un costo de US $ 1,87/GJ, mientrasque el petróleo con un poder calorífico equi-valente cuesta US$ 2,91/GJ. En IslasMauricio se pueden producir, a partir de losresiduos, 4,2 MWh de electricidad por hectá-rea de caña. Los residuos poseen un conte-nido de cenizas más alto que el del bagazo,por esta razón es recomendable quemarlosmezclados con bagazo.

En la Universidad de Cienfuegos, Cuba,se realizó una investigación referente al usode carbón de paja de caña como fuente alter-nativa de energía en aplicaciones sociales.Este se mezcla con diferentes tipos de agluti-nantes y se logra la compactación en formade briquetas para uso como combustible. Lapaja de caña transformada en carbón poseeun valor calórico mayor que el de la leña.

El problema consiste en determinar losparámetros óptimos para la elaboración de bri-quetas de carbón de paja de caña con diferen-tes sistemas aglutinantes y mezclas, (no existe

una tecnología adecuada para la utilización deestas briquetas) y ser empleadas como com-bustible en diferentes aplicaciones (9).

Un estudio realizado por un profesor delDepartamento de Ciencias Exactas de laEscuela Superior de Agricultura de laUniversidad de Sao Paulo, demuestra quees posible mantener una hidroeléctrica simi-lar a la de Itaipú, funcionando solamente conla energía de la biomasa de la paja y delbagazo, durante el período mayo-octubre(10). Según este investigador, la paja, queactualmente es un problema ambiental acausa de la quema en el campo, tiene unexcelente potencial de energía eléctricadebido a su alto poder calorífico.

Otros autores (11) proponen mantener50 % de la paja en el campo para conservarla calidad agronómica del suelo y utilizar laotra parte con fines energéticos.

Ocho centrales paulistas están llevandoa cabo esta práctica, mezclando bagazo conpaja para la cogeneración de energía en lascalderas. En lugar de cosechar la caña ydejar la paja en el suelo, para posteriormen-te transportarla al central, se lleva todo juntoa estaciones de limpieza previa, donde sehace la separación del material. Esta es lasolución más económica para recoger lapaja. Aunque el proceso está funcionando aescala comercial, no se ha establecido aúnla proporción de paja y bagazo que debeemplearse en las calderas durante la zafra,para no interferir en la eficiencia del proceso.y se augura que dentro de 15 años no va ahaber centrales de azúcar, sino centrales deenergía.

Otra perspectiva futura para el uso de lapaja es la producción de etanol, que cobróimpulso recientemente con el lanzamientodel Programa FAPESP de Investigación enBioenergía. El programa prevé el uso de hon-gos que degradan la paja y el bagazo para

producir azúcaresf e r m e n t a b l e s .Parece sencillo, perolos mecanismosdestinados a enten-der cómo se produceesa degradacióncelular pasan prime-ramente por el cono-cimiento del genomade la caña. Se hanidentificado 469

17

Tabla 3. Composición de los combustibles sólidos

Combustible C H S N O Ceniza PC (kcal/kg)

RAC 42,4 6,3 - - 44,3 7,0 4,484 Bagazo 47,0 6,5 - - 44,0 2,5 4,600 Madera 49,5 6,2 - 1,1 43,1 - 3.220 Turba 21,0 8,3 0,6 1,1 62,9 6,0 1,990 Lignito 42,4 6,6 1,1 0,6 42,1 7,2 3,940 Antracita 84,4 1,9 0,9 0,6 4,4 7,8 7,390

genes relacionados con el metabolismo de lapared celular de la caña y en ese estudio seconciben, incluso, variables relacionadas conlos cambios climáticos, con alto nivel de gascarbónico en la atmósfera. En ese escenariohabrá cambios en la composición de la paredcelular y se necesita saber de qué manerainfluye cada enzima utilizada en el procesode obtención de etanol.

El proyecto denominado "Lignoetanol"(12) plantea obtener un combustible vegetalde impacto ambiental mínimo y además,darle un uso a la paja residual del cultivo decaña de azúcar, que por lo general es que-mada por los productores.

Además de añadirle un valor agregado aesta paja, su uso evitará el fuerte impactoambiental provocado por su quema en lasregiones productoras de caña de azúcar.

Aunque el proyecto está en sus inicios,se espera un gran aporte en el sector bioe-nergético y poder comercializar etanol a par-tir de la paja de caña, pues actualmente enel mercado no hay un proceso industrial eco-nómicamente viable para producir etanol apartir de biomasa vegetal, como el bagazo ola paja de la caña de azúcar.

Todo el proyecto plantea una reducciónen la contaminación atmosférica, un aumen-to significativo de la productividad del com-bustible sin necesidad de aumentar lasáreas de cultivo ni de invertir en otras espe-cies que apoyen el proceso de producción.

En la medida que se obtengan logros enel desarrollo de su manipulación, recoleccióny transporte, así como en la forma de trata-miento para lograr la granulometría requeri-da para su combustión, podemos disponerde criterios que permitan una valoración téc-nico-económica adecuada, sobre su posibleutilización para los fines mencionados (13).

La paja como material lignocelulósicopuede sustituir innumerables renglones enlos que se emplea bagazo. Los tableros departículas son un ejemplo de ello. Existencriterios preliminares sobre la factibilidadtecnológica de procesar la paja de caña deazúcar para ser utilizada en la elaboraciónde los mismos.

Se realizó un trabajo experimental paraelaborar tableros con los mismos paráme-tros que los empleados en bagazo, sinembargo las propiedades obtenidas estánpor debajo de los requerimientos de las nor-mas de tableros de buena calidad (14).

Diferentes grupos de investigación a nivelmundial se dedican a estudiar otras aplica-ciones para este material como la fabricaciónde semiconductores, bioaceites, carbón parasiderúrgicas, cemento y yeso fortalecidocomo materiales para la construcción.

Una de las líneas de investigación, lleva-da a cabo en el Departamento de Ingenieríade Materiales de la Universidad Federal deSão Carlos (Brasil) (15), resultó ser la obten-ción de carburo de silicio, un versátil materialsintético a base de sílice de paja de caña.Este material presenta propiedades talescomo: excelente resistencia al desgaste, alchoque térmico y al ataque de ácidos, lo cualpermite su empleo como semiconductor, enabrasivos, en la industria de refractarios, enel blindaje de aeronaves, en microelectróni-ca y otras aplicaciones. El descubrimientosurgió como despliegue de un proyecto des-tinado a la fabricación de carburo de siliciode paja de arroz, desarrollado anteriormentepor el mismo grupo de investigación. La síli-ce es mezclada con una fuente de carbonocomo grafito y llevada a un horno especialcon atmósfera controlada, sin oxígeno, parala formación de carburo de silicio. Este mate-rial se obtiene mediante la reacción dereducción carbotérmica, que sucede a altatemperatura.

El método, usado actualmente a escalaindustrial, emplea una mezcla de sílice concarbono. El material se trató en un hornoeléctrico a temperaturas superiores a los2400 °C durante 32 y 40 horas. Esto generacomo producto bloques de silicio que debenser procesados mecánicamente por picadu-ra y molida.

En otra investigación (16), la paja decaña picada se somete a un proceso de ter-moconversión denominado pirólisis rápida,en circuito cerrado a altas temperaturas. Seobtienen tres productos con diferentes apli-caciones: bioaceite con potencial de utiliza-ción en la industria química, polvo fino decarbón vegetal que puede emplearse en laproducción siderúrgica y un gas con altopoder calorífico, compuesto de monóxido decarbono, metano e hidrógeno, indicado tantopara alimentar el propio reactor como para lageneración de energía eléctrica.

Para obtener un elevado rendimiento debioaceite, los investigadores utilizan la técni-ca denominada lecho fluidificado burbujean-te, que resulta de la combinación de aire y

18

arena a temperaturas alrededor de 550 ºC.En la puerta de entrada al lecho del reactorse pone carbón vegetal para dar inicio al pro-ceso de calentamiento. Cuando la tempera-tura llega a 600 ºC, la arena se pone en elreactor y se sopla para formar el lecho fluidi-ficado, donde se coloca la biomasa secapicada para su degradación y transforma-ción en productos tales como el bioaceite, decoloración oscura y bastante viscoso, quepuede emplearse como insumo químico,combustible de turbinas y calderas, sustitutodel fenol petroquímico en resinas y aditivoen la formulación de concreto celular para laconstrucción civil.

El vapor utilizado para la producción debioaceite, después de pasar por un procesode lavado, resulta un agua ácida, que puedeaplicarse como bioestimulante para el creci-miento de plantas y como bioinsecticida enel cultivo del frijol. Los gases liberados en elproceso de pirólisis pueden utilizarse paraalimentar calderas o en el propio proceso decombustión del reactor, por lo tanto toda lapaja se aprovecha. La planta piloto tienecapacidad para procesar 200 kilos de pajapor hora, transformados en 80 kilos de acei-te y 50 kilos de carbón.

Forraje animalLa paja picada se usa como sustrato en

la siembra de granos para la producción enpocos días de un alimento voluminoso paravacunos, porcinos y aves (17).

La propuesta de José Luiz Guimarães deSouza, profesor jubilado de la UniversidadEstadual Paulista (Unesp) de Botucatú, y deleconomista José Abílio Silveira Cosentino,consiste en integrar la caña de azúcar y laganadería en pequeñas propiedades rura-les, utilizando la paja que actualmente sequema durante la zafra. Mediante el empleode una técnica llamada forraje verde hidro-pónico o FVH, un proceso de producción sinuso del suelo, es posible obtener en pocotiempo y con escasa necesidad de agua, unvolumen considerable de alimento de cali-dad para animales, con el empleo de la pajade la caña como sustrato. Encima de unalona negra se pone la paja picada, sembra-da con varios tipos de granos, tales como: elmaíz, la soja, el trigo, el frijol gandul, laavena, el mijo y el sorgo. Según este méto-do, cada 18 o 20 días se pueden cosechar25 kilos de FVH de maíz por metro cuadra-

do. La FHV de maíz o de cualquier otrograno plantado se levanta como una alfom-bra constituida por la paja, por las semillasque germinaron y sus respectivas hojas yraíces, y también por las semillas que nogerminaron, para reemplazar al pasto en ladieta del animal. La cantidad recogida es lamisma que un animal adulto (una vaca en elperíodo de engorde), debe recibir por día,complementada con un concentrado com-puesto de maíz, salvado de soja, salvado detrigo y sal mineral. El objetivo de la utiliza-ción de la técnica es producir gran cantidadde masa vegetal, de buena calidad y en uncorto período de tiempo.

El único cuidado consiste en mojar elcantero según la necesidad, como en unahuerta convencional. Por los cálculos delinvestigador, confirmados con estudios encampo, con 25 metros cuadrados, es posibleproducir alimento para una vaca el año ente-ro; basta con plantar y juntar un metro cua-drado por día. En Holambra II, municipio deAvaré, interior paulista, un propietario ruralque criaba ganado de la raza SantaGertrudis mantuvo 18 canteros de 60 metroscuadrados cada uno durante dos años.Levantaba un cantero por día y trataba de 60a 80 cabezas. Todo el proceso fue seguidorecopilando los datos y pesaje de animales.El mismo método puede aplicarse tambiénpara alimentar cerdos y aves.

Otras aplicacionesPara pequeñas propiedades donde se

planta solamente caña de azúcar, la pro-puesta es utilizar también la paja en variostipos de productos hechos artesanalmente,tales como: portamacetas, revestimiento debotellas, sombreros, macetas, placas yotros. La paja cumpliría así una funciónsocial y genería ingresos, en lugar de que-marla en el campo. Los investigadores hanprobado varias formulaciones en sociedadcon un artesano, incluso con teñido delmaterial. Esas formulaciones resultaron enproductos que pueden fabricarse sin muchadificultad (18).

También se obtuvo yeso fortalecido confibras naturales (19). Se prepararon con mez-cla de bagazo y paja de caña de azúcar, ypulpa de bagazo, clasificadas a distintas con-centraciones: 1, 2, 10 y 20 %. La composi-ción fibra / yeso fue evaluada mecánicamen-te por compresión usando las técnicas

19

Análisis Mecánico Dinámico (DMA) yMicroscopía Electrónica de Barrido (SEM).

Los mejores resultados se obtuvieroncon 1 y 2 % de niveles de fibras y el móduloelástico fue más significativo para la muestraque mostró una mejor distribución y com-pactación entre las fibras y el yeso.

Investigadores del Instituto de PesquizaEnergética y Nuclear de Brasil evaluaron laresistencia a la compresión del yeso fortale-cido con fibras naturales para ser utilizadosen materiales de la construcción (20).

A partir de la colaboración entre laUniversidad de la Villas y la UniversidadGhkassel en Alemania, se realizó un trabajodonde se evaluaron las cenizas de bagazo ypaja de caña de azúcar, obtenidas en formainalteradas, directamente de las calderas dela fábrica de azúcar y de la quema incontro-lada en el campo como aditivo de puzolanareactiva con potencialidad de ser usada enla preparación de aglomerantes del tipocal/puzolana.

Los aglomerantes tipo cal/puzolana sehan convertido recientemente en una atracti-va alternativa para la construcción social enpaíses en vías de desarrollo.

Estudios recientes demuestran que losdesechos agrícolas e industriales de laindustria azucarera, principalmente las ceni-zas de bagazo de caña (CBC) y las cenizasde paja de caña (CPC), tienen actividadpuzolánica debido al alto contenido de sílicepresente en estos materiales.

Como es conocido, las altas temperatu-ras de combustión afectan la reactividad delas cenizas usadas como puzolanas.Entonces, resulta imprescindible tratar delograr una combustión controlada de losresiduos agrícolas, para optimizar la reactivi-dad de las cenizas a producir (21).

Las cenizas de cascarilla de arroz, delbagazo y de la paja de la caña de azúcar,cuando son quemadas convenientemente,producen un residuo mineral rico en sílice yalúmina, cuya estructura depende de la tem-peratura de combustión. Estas son conside-radas puzolanas artificiales.

El cemento puzolánico CP-40 se producea partir de mezclar íntimamente y molerhasta fino polvo una mezcla de hidrato de caly puzolana, con una proporción promedio de70 % de puzolana y 30 % de cal. El materialproducido requiere ser tan fino como elcemento Portland ordinario. Por esta razón,

puede ser considerado como un cementopara aplicaciones de albañilería.

Los aglomerantes cal-puzolana tienen suorigen reconocido en las construccioneshechas por los romanos. Hoy día se conser-van aún las ruinas de los grandes edificiosconstruidos con este material.

Las puzolanas son materiales silíceos oalumino-silíceos que por sí solos poseenpoco o ningún valor cementante, pero cuan-do se han dividido finamente y están en pre-sencia de agua reaccionan químicamentecon el hidróxido de calcio a temperaturaambiente para formar compuestos con pro-piedades cementantes.

En el caso de las puzolanas obtenidascomo desechos de la agricultura (cenizas dela paja de caña de azúcar y el arroz), laforma más viable de mejorar sus propieda-des es realizar una quema controlada enincineradores rústicos, donde se controla latemperatura de combustión y el tiempo deresidencia del material.

Si la temperatura de combustión estáentre 400 y 760 ºC, hay garantía de que la síli-ce se forma en fases amorfas, de muchareactividad. Para temperaturas superiorescomienzan a formarse fases cristalinas de síli-ce, poco reactivas a temperatura ambiente.

El problema de la vivienda, junto al ham-bre y la falta de empleo, constituyen una delas prioridades de mayor urgencia a atenderdurante los próximos 20 años. Para buscarsoluciones a esta acuciante problemática, esnecesario acometer de forma integral la pro-ducción de materiales de construcción, deforma tal que sean asequibles a las familiascon bajos recursos.

El cemento puzolánico tipo CP40 ha sidodesarrollado y producido por el CIDEM,(Centro de Investigaciones de la UniversidadCentral de Las Villas, Cuba) (22).

Investigadores de la Facultad deIngenería Mecánica de la Universidad deOriente, en Cuba, tomaron una muestraamplia de paja y la pusieron a quemar paramedir el porciento de CO2 (factor alteradordel ecosistema). Después de varias pruebasrealizadas, se obtuvo un valor prácticamenteinvariable de un 8 %, asumido así comovalor emitido por lo gases de la combustiónen condiciones ambientales por la paja decaña.

El estudio fue realizado en un complejoagroindustrial con una norma potencial de

20

molida de 500 000 arrobas diarias y para subeneficio cuenta con centros de preparaciónde la caña (centro de acopio). En una cose-cha recién concluida, se tiene que en los cen-tros de acopio se procesaron para su limpie-za 2 850 000 arrobas de caña. Se acumula-ron, durante ese proceso, 342 000 arrobas depaja de caña (aproximadamente un 12 % delpeso total). Una parte apreciable de la pajafue quemada. Esto produce una considerableemisión de CO2 a la atmósfera, y provoca elaumento de su contaminación (23).

Si esta cantidad de paja de caña se utili-zara para generar energía eléctrica, se podrí-an mantener trabajando los hornos de lafábrica por 18 días, ya que generando vaporpara hacer trabajar los turbogeneradores, seproducirían 2592 MW (aproximadamente el75 % del consumo del país en una hora).

También el vapor generado podría tenerotros usos durante el período de limpieza alfinalizar la cosecha, como limpiar los equi-pos y tuberías de los residuos del procesode producción de azúcar; así, se lograría unefecto de limpieza mayor.

Otros posibles usos de la paja de cañasería emplearla como fertilizantes y/o herbi-cidas, para evitar el crecimiento de malezasen el campo y como materia orgánica.

Al prepararse un compost a base de lapaja de caña y otros agentes, a muy bajoscostos, se pueden obtener fertilizantes orgá-nicos, no contaminantes al medio ambiente ycapaces de utilizar un área de producciónapreciable; y disminuir, consecuentemente,el empleo de fertilizantes químicos (24).

La paja y el bagazo de caña se pueden uti-lizar para la fabricación de embalajes de pulpavegetal. La vajilla de celulosa natural es fabri-cada a partir de residuos de tallos de bambú,de pajas o de bagazo de caña de azúcar (resi-duos de caña recuperados después de la tritu-ración). Las fibras vegetales son extraídas deestas plantas, pulpeadas y después fácilmentemolidas en diferentes formas para crear platos,vasijas y cubiertos, los cuales son resistentesal frío y a elementos grasos (25).

La vajilla de pulpa vegetal es apta paracongelar y para el contacto con alimentos.Es robusta y se puede calentar al microon-das. Completamente naturales, los produc-tos de celulosa son 100 % reciclables y bio-degradables.

Por otra parte, investigadores de laUniversidad Estadual Paulista, de Brasil

comprobaron que dejar la paja de caña deazúcar cosechada en el suelo, reduce laemisión de carbono. Se realizó un experi-mento dividiendo una siembra en tres áreas.Luego de la cosecha mecanizada, una partequedó cubierta con 50 por ciento de la paja,otra con 100 por ciento y otra sin paja, expli-có el coordinador del proyecto, Newton laScala Júnior.

Los resultados revelaron que las áreascubiertas de paja emitieron 400 kg menos decarbono, que equivalen a 1 500 kg de gascarbónico. Actualmente, se estudian otrosusos de la paja de caña, como generar ener-gía y producir etanol, pero la mejor alternati-va, según el estudio realizado, es dejarla enla tierra (26).

CONCLUSIONES

La paja de la caña de azúcar es un resi-duo beneficioso para el hombre, si se usacorrectamente en algunas de las siguientesformas: como fertilizante para los suelos ocomo capa para cubrirlos y evitar el creci-miento de malas hierbas en las áreas de pro-ducción de la caña de azúcar, como combus-tible en la industria para generar electricidad ovapor para la limpieza de los equipos al finali-zar la zafra; como alimento animal, ya seaunida al bagazo o de forma integral. Tambiéntiene otros usos alternativos que benefician eldesarrollo de otras industrias como la refrac-taria, la química, la siderúrgica, la construc-ción y embalaje, que avalan las potencialida-des de diversificación de la paja cañera.

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21

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25 Embalaje pulpa vegetal.<http://www.goo-gle/fotos.com>. [Consulta: dic. 2011]

26 Dejar la paja de caña de azúcar cosecha-da en el suelo, reduce la emisión de car-bono.<http://www.google/fotos.com>.[Consulta: dic. 2011]

22

23

Yudyt Díaz-Saez1, Manuel Díaz-de los Ríos2, Mario Alberto-Casas3, Arianna Nuñez-Caraballo2, Marlene Martínez-Mora1

1. Centro de Estudios Biotecnológicos, Facultad de Agronomía, Universidad de Matanzas "Camilo Cienfuegos" (UMCC).

Carretera a Varadero km 3½, Matanzas, Cuba. yudyt.diaz@umcc.cu

2. Instituto Cubano de Investigaciones de Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA).Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba.

3. Departamento de Protección de Plantas, Instituto Nacional de Investigaciones de la Caña de Azúcar (INICA). Carretera central M. Martínez Prieto, km 2½,

Boyeros, La Habana, Cuba.

RESUMEN

La obtención de biopolímeros a partir de fermentaciones bacterianas requiere de la selec-ción adecuada de las condiciones del proceso. Se evaluó el crecimiento de la cepaAzospirillum brasilense 8-INICA en medio líquido suplementado con disacáridos. Lasmediciones se realizaron a las 23 h de incubación con la determinación de la densidadóptica, la concentración de azúcares reductores y concentración de carbohidratos totales,así como la determinación del pH del sobrenadante. Se confirmó el máximo desarrollo dela biomasa para 33 ºC y 7,2 g.L-1 de sal con sacarosa, y 40 ºC y 3,5 g.L-1 de sal con lac-tosa. Se estableció que las condiciones más favorables para la producción de exopolisa-cáridos se encuentran a temperaturas y concentraciones elevadas de sal para un mediocon lactosa; y bajas temperaturas a concentraciones elevadas de sal en presencia desacarosa. Se constató la marcada influencia de la temperatura en el crecimiento, y laacción positiva de la concentración salina en los mecanismos de supervivencia del micro-organismo.Palabras clave: Azospirillum, sacarosa, lactosa.

ABSTRACT

The biopolymers obtention from bacterial fermentation requires an appropriate selection ofthe process conditions. In the present paper was evaluated the growth of Azospirillum bra-silense 8-INICA in a liquid medium enriched with disaccharides. The measurements weremade at 23 hours of incubation with the determination of the optical density, the concen-tration of reducing sugars, as well as the total carbohydrate and we also determined thepH of the supernatant. The maximum development of biomass was determined for 33 °Cand 7.2 g.L-1 of salt with sucrose, and 40 °C and 3.55 g.L-1 of salt with lactose. It was esta-blished that the most favorable conditions for the production of exopolysaccharides is athigh temperatures and salt concentration for a medium with lactose and low temperaturesat high concentrations of salt when there is sucrose. It's was evidenced the high influenceof temperature in the growth, with positive influence of saline concentration in the survivingmechanisms of the microorganism.Keywords: Azospirillum, sucrose, lactose.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2013, vol. 47, no. 2 (mayo-agosto), pp. 23 - 30

Crecimiento de Azospirillum brasilenseen presencia de disacáridos: sacarosa y lactosa

INTRODUCCIÓN

La utilización de microorganismos en laproducción de biopolímeros es una opciónprobada en producciones como la dextrana,el alginato y el xantano, los cuales se obtie-nen comercialmente de los géneros bacte-rianos Leuconostoc y Xanthomonas, respec-tivamente (1). Muchas bacterias producensustancias de naturaleza polimérica alenfrentarse a condiciones como el estrés tér-mico, la desecación, la escasez de nutrien-tes, oportunidades de colonización, entreotras (2). Las posibilidades de encontrar uti-lidad para estas moléculas en áreas como lainmovilización de enzimas, son muy altas ycasi ilimitadas en función de la gran variedadde microorganismos, y las variaciones en lacomposición de los polímeros, atendiendo alas condiciones de la fermentación y la com-posición del medio de cultivo. La creación deun banco de biopolímeros para la evaluacióndel comportamiento de enzimas inmoviliza-das, requiere del estudio de las fermentacio-nes bacterianas en función de diferentes fac-tores, para el establecimiento de procedi-mientos confiables que permitan obtener elproducto deseado.

Azospirillum brasilense es una bacteriadiazotrófica que produce exopolisacáridos(EPS) de composición variada y poli-β-hidro-xibutirato (PHB); es capaz de degradar unagran variedad de fuentes de carbono, aun-que se conoce su preferencia por los ácidosgrasos (3). Metaboliza un amplio grupo decarbohidratos, pero se ha reportado la impo-sibilidad de degradar almidón y celulosa, asícomo de utilizar la glucosa como única fuen-te de carbono a expensas de nitrógeno libre(4); aunque parece haber divergencias en elcomportamiento atendiendo a la cepa y a lascondiciones de fermentación. Es capaz defijar nitrógeno a partir de amonio, nitrato,nitrito, aminoácidos y nitrógeno molecular, yutiliza para ello condiciones microaerófilasque protegen a la enzima nitrogenasa (5).

Se ha reportado que A. brasilense utilizafructosa como fuente de carbono y energíapara la producción de EPS ricos en glucosadurante la fase de crecimiento exponencial,y ricos en arabinosa para la fase estaciona-ria. El segundo de estos biopolímeros estárelacionado con la colonización de las super-ficies y con la agregación celular, en res-puesta a condiciones desfavorables para la

actividad nitrogenasa (2). La producción delos polímeros ricos en arabinosa está condi-cionada por la utilización de medios con ele-vadas concentraciones de carbono respectoal nitrógeno, que posibilita la observación depelículas antes de las 24 h de cultivo (6).

El PHB es una fuente de almacenamien-to de carbono y energía, utilizable en condi-ciones adversas como la sequía, la luz ultra-violeta y el choque osmótico (7). Okon (8) yBahat-Samet (2) proponen la hipótesis de sualmacenamiento como fuente menos costo-sa energéticamente para el metabolismocelular, comparado con el almacenamientoen los EPS; ya que el primero promueve lasupervivencia en ambientes de energía ysustratos limitantes. Según Bashan yVázquez (9), la formación de quistes en labacteria provoca un recubrimiento de polisa-cáridos y la acumulación del polímero. Laproducción de polímeros de polihidroxialca-noatos ha estado limitada por el costo delsustrato, lo que representa según citaMartínez (10), hasta el 40 % del costo deproducción. La utilización de fuentes alterna-tivas más baratas ha sido una de las solu-ciones a esta situación. En este sentido, laalta disponibilidad de fuentes azucaradas,como las mieles finales de la industria azu-carera y los sueros lácteos residuales de laproducción de queso, sugieren su explota-ción como fuentes de carbono y energía.Con este propósito es necesario estableceruna comparación en el comportamiento de labacteria A. brasilense entre diferentes condi-ciones de trabajo, para el establecimiento defermentaciones que impliquen la utilizaciónde los azúcares más representativos de lasfuentes alternativas de sustrato antes men-cionadas.

El objetivo de la presente investigaciónes evaluar el crecimiento de la bacteriaAzospirillum brasilense 8-INICA atendiendoa la temperatura y la concentración salina deun medio de cultivo enriquecido con disacá-ridos como fuente de carbono y energía convistas a la producción de polímeros.

MATERIALES Y MÉTODOS

El diseño experimental utilizado fue desuperficie de respuesta con compuesto cen-tral 22 + estrella y dos réplicas al centro, eva-luado en el software Statgraphics Plus 5.1

24

(11, 12) con un 95 % de confianza para losdos azúcares. El rango de las variables inde-pendientes establecido fue para la tempera-tura de 25 a 40 ºC (13) y para la concentra-ción de cloruro de sodio de 5 a 12 g.L-1 (14).Se utilizaron como variables de respuesta elcrecimiento y la concentración de azúcares.El diseño de los ensayos se muestra en latabla 1.

La cepa de Azospirillum brasilense 8-INICA fue obtenida del cepario del InstitutoNacional de Investigaciones de la Caña deAzúcar (INICA) y fue refrescada cada 3semanas en medio Dygs al que se adicionóagar 15 g.L-1.

El inóculo se incubó en medio Dygs,extracto de levadura 2 g.L-1, peptona 1,5 g.L-1,K2HPO4 0,38 g.L-1, MgSO4*7H20 0,5 g.L-1,ácido málico 2 g.L-1, ácido glutámico 1,5 g.L-1,glucosa 2 g.L-1 a pH 6,8. Como medio de cul-tivo se utilizó Luria Bertani (LB) modificado,triptona 10 g.L-1, extracto de levadura 5 g.L-1,NaCl según diseño, sacarosa o lactosa 40 g.L-1

a pH 6,8. Para placas se añade agar 15 g.L-1.Los ensayos se realizaron en erlenme-

yers de 45 ml con 15 ml de medio LB modi-ficado y según diseño estadístico. Se eva-luaron a las 23 horas de incubación. Ladeterminación de los metabolitos se realizóen el sobrenadante de la centrifugación delmedio a 3000 rpm por 10 minutos.

La determinación de la concentracióncelular se realizó por absorbancia en espec-trofotómetro Ultrospec 2100 UV/Visible,Pharmacia Biotech, Inglaterra; a 560 nm uti-lizando medio de cultivo sin inocular comocontrol (15, 16). Las unidades formadoras decolonia (UFC.ml-1) se estimaron por el méto-do de McFarland, y rectificaron por el méto-do de diluciones seriadas en base 10 desde10-1 hasta 10-6 con recuento en placa (17)utilizando el medio agar nutriente, con 36 hde incubación a 37 ºC. La curva de calibra-ción de McFarland obtenida es: Abs560 =0,0844 * c(bacterias) * (108 UFC.ml-1).

Los carbohidratos totales se determina-ron empleando la técnica del fenol-ácido sul-fúrico (18) y aplicada a los estudios de fer-mentación (6, 16). La curva de calibración seconstruyó con glucosa como patrón, deexpresión Abs490 = 8,0464 * c(carbohidra-tos totales), con un coeficiente de correla-ción de 0,991 para un rango de trabajo de0,01 a 0,1 g.L-1 de carbohidratos totales.

Los azúcares reductores se determina-ron a partir de la metodología del ácido 3,5-dinitrosalicílico (DNSA) (19). La curva decalibración se construyó empleando gluco-sa como patrón, de expresión Abs546 =1,1179 * c(azúcares reductores), con uncoeficiente de correlación de 0,997 para unrango de trabajo de 0,1 a 1 mg.ml-1 de azú-cares reductores.

La determinación de PHB se realizó deacuerdo con lo informado previamente (10,20). La fracción celular obtenida de la centri-fugación del caldo fermentado, fue resus-pendida con tampón fosfato de sodio 0,03 My tratada con hipoclorito de sodio al 5 % deCl- y ácido etilendiaminotetraacético porhora y media a 37 ºC para la ruptura celular.El precipitado se lavó con agua destilada yse trató con acetona y etanol. El residuo sóli-do se secó a 40 ºC, para ser hidrolizado conácido sulfúrico al 80 % por 30 min a 90 ºC.Las mediciones se realizaron en espectrofo-tómetro Ultrospec 2100 UV/Visible,Pharmacia Biotech, Inglaterra; a 235 nm uti-lizando agua destilada como control.

RESULTADOS

El comportamiento de Azospirillum brasi-lense 8-INICA frente a las dos fuentes de car-bono y energía se estableció a partir del creci-

25

Tabla 1. Diseño estadístico establecido por el software Statgraphics Plus 5.1

No.

Temperatura (ºC)

Concentración NaCl (g.L-1)

1 25 5 2 33 3,5 3 33 8,5 4 40 5 5 25 12 6 43 8,5 7 33 13,5 8 22 8,5 9 33 8,5 10 40 12

miento bacteriano, para las condiciones selec-cionadas en el experimento. Cuando el disa-cárido presente en el medio es la lactosa, dis-minuye la concentración celular alcanzada deforma general para el tiempo de incubacióndel ensayo, como se observa en la figura 1.

El análisis individual de los experimentosevidencia los mayores crecimientos para losdos azúcares cuando la temperatura es de33 y 40 ºC para concentraciones inferiores alos 9 g.L-1 de sal.

En el estudio se reporta para la utiliza-ción de sacarosa, la influencia significativadel cuadrado de la temperatura, seguida dela misma como factor simple para las condi-ciones seleccionadas, según lo mostrado enla parte superior de la figura 2.

Aunque el efecto de la concentraciónno resulta estadísticamente significativo,el estudio individual de varios experimen-tos que incluyeron temperaturas superio-res, sugiere que bajas temperatura (entrelos 22 y 25 ºC) no resultan satisfactoriaspara el crecimiento de la bacteria diazotró-fica, pero en este intervalo las elevadasconcentraciones salinas tienen mayorinfluencia, no así para temperaturas supe-riores.

Para el mismo diseño, el comportamien-to del microorganismo utilizando lactosa,refleja gran influencia de la concentraciónsalina del medio. Por el software, se estimóel valor óptimo de crecimiento para la mayortemperatura y menor concentración de salensayadas. La combinación de los factoresen estudio resulta importante, pero la tempe-ratura como variable simple no indica efec-tos significativos sobre el crecimiento para elrango en estudio, como se observa en laparte inferior de la figura 2.

En las condiciones experimentales selec-cionadas se evidencia un consumo máximode sacarosa para 33 ºC y concentración sali-na de 8,5 g.L-1. El menor consumo del azú-car se manifiesta con 25 ºC para concentra-ción salina de 5 g.L-1 y a 40 ºC para 12 g.L-1

de sal. La acumulación de azúcares reducto-res producidos es muy pequeña, con unmínimo para 33 ºC con 3,5 g.L-1 de sal,según se observa en la figura 3.

26

Figura 1. Crecimiento celular de Azospirillumbrasilense según el diseño experimental.

Figura 2. Resultados del diseño experimental en el Statgraphics Plus 5.0, para el crecimiento.

El comportamiento del A. brasilense 8-INICA cuando cambia la fuente de carbono yenergía a lactosa presenta diferencias internasque dificultan la interpretación de los resulta-dos, aunque se puede concluir la existencia deun consumo máximo de lactosa a 40 ºC con12 g.L-1 de sal. Para 25 ºC y una concentraciónsalina de 12 g.L-1 es evidente una acumulaciónmínima de los azúcares reductores.

La variación del pH para el tiempo delensayo se muestra en la figura 4.

Se observa un cambio máximo en la con-centración de hidronio para 33 ºC en el casode la sacarosa con un aumento del pH en0,48 unidades, mientras para la lactosa ladisminución en el pH no presenta un máximoúnico, aunque se registró con mayor repro-ducibilidad para 22 ºC y 8,5 g.L-1 de concen-tración salina. Los valores mínimos en elcaso del primer disacárido se registraronpara temperatura de 22 y 43 ºC, cuando laconcentración de sal es de 8,5 g.L-1 y para25 ºC con 12 g.L-1 de sal.

Uno de los polímeros de interés es elPHB, su existencia se evaluó en el caso dela sacarosa, el comportamiento se muestraen la figura 5.

El comportamiento evidencia produccióndel polímero en todos los casos, con máximaacumulación para 33 ºC cuando la concen-tración de sal es de 3,5 g.L-1 y 8,5 g.L-1; ypara 22 ºC cuando la concentración de sales de 8,5 g.L-1. La mínima cantidad es acu-mulada para 25 ºC con 12 g.L-1 de sal.

DISCUSIÓN

En los experimentos se evidencia prefe-rencia de la sacarosa sobre la lactosa comofuente de carbono y energía para las condi-ciones de la mayoría de los ensayos, por loque existe mayor consumo de fructosa bajola consideración de una utilización mínimade la glucosa por este microorganismo; aun-que las condiciones de pureza y degrada-ción de los reactivos utilizados pueden inci-dir en la disponibilidad de azúcares simplesen el medio. La evaluación en placa de losexperimentos en las mismas condiciones,reafirmó el resultado obtenido a partir de unamayor velocidad de expansión de las colo-nias en el medio con sacarosa.

27

Figura 3. Comportamiento de los azúcarestotales y reductores en el ensayo.

Figura 4. Variación del pH en el diseñoexperimental seleccionado.

Figura 5. Producción de PHB en presenciade sacarosa para el diseño experimentalseleccionado.

El rango favorable de temperatura obte-nido para concentraciones medias y bajasde sal, coincide con los reportes para otrosmedios de cultivo (21; 22), debido esencial-mente a la presencia, en ambos casos, defuentes de nitrógeno semejantes que inclu-yen fuentes de carbono, en este caso elextracto de levadura. Los mecanismos parala hidrólisis de los disacáridos podrían resul-tar para esta bacteria vías metabólicas acti-vadas a partir del agotamiento de sustratoscarbonados con mayor afinidad.

En el crecimiento de la bacteria inter-vienen un número elevado de factores. Latemperatura determina las posibilidades decrecimiento de los microorganismos, perono puede describir por si sola un modelode este proceso. Otros factores como elpH, la concentración de nutrientes y la con-centración de oxígeno disponible incidenparalelamente y no se encuentran refleja-dos en el estudio, a partir de lo cual el pro-cesamiento matemático indica, como factorsignificativo al cuadrado de la temperaturapara el medio con sacarosa, aunque elvalor óptimo estimado por el programacoincide con resultados informados ante-riormente (13, 14). Para la lactosa, la con-centración salina es en términos estadísti-cos y bajo las condiciones del ensayo, elfactor significativo para el crecimiento. Latemperatura en este caso solo tiene impor-tancia en combinación con la concentra-ción salina. Esté último es quien limita elcrecimiento del cultivo cuando utiliza comofuente de carbono a la lactosa, en compa-ración con la sacarosa.

Como se ha informado (22), temperatu-ras cercanas a los 20 ºC disminuyen el cre-cimiento del A. brasilense, favorecen la for-mación de estructuras y sustancias de pro-tección y la disminución del metabolismobasal, que garantizan el mantenimiento delmicroorganismo pero no su crecimiento. Enestas condiciones existe para el medio ricoen sacarosa influencia de la concentraciónsalina sobre el crecimiento, relacionado conla acción creciente del cuadrado de este fac-tor en el análisis estadístico. El medio rico enlactosa a pesar de presentar una influenciasignificativa de la concentración salina en eldiseño evaluado, para las temperaturas infe-riores ensayadas tiene menor acción, segúnun análisis individual de los resultados expe-rimentales.

Las temperaturas superiores del rangoensayado tienen una acción negativa sobreel crecimiento de la bacteria en presencia desacarosa independiente de la concentraciónsalina. Cuando en el medio existe lactosa,es la acción de las elevadas concentracio-nes de sal la que determina el crecimientomicrobiano, por encima de la influencia de latemperatura.

Los valores óptimos estimados para laconcentración de cloruro de sodio cuandoexiste sacarosa en el medio de cultivo, seacercan a las concentraciones del suerofisiológico, relacionado tal vez con las facili-dades de este género para colonizar el inte-rior de las plantas.

El comportamiento obtenido para el con-sumo de sacarosa evidencia que para latemperatura de mayor crecimiento existeun máximo consumo global de sacarosa, apartir de la existencia de un número supe-rior de microorganismos en el medio de cul-tivo. Sin embargo, para 25 ºC con 12 g.L-1

de sal, 22 ºC con 8,5 g.L-1 de sal y 25 ºC con5 g.L-1 de sal, se obtienen los mayores con-sumos específicos de sacarosa y mayoresacumulaciones de azúcares reductoresespecíficos. Este hecho posiblemente indicala activación de enzimas hidrolíticas y poli-méricas extracelulares como mecanismosde protección frente a condiciones desfavo-rables de crecimiento, en correspondenciacon reportes anteriores (14, 24). Tal compor-tamiento resulta de interés para la obtenciónde polisacáridos extracelulares que puedanser evaluados como soportes de inmoviliza-ción enzimática.

Para la lactosa coinciden las condicio-nes de consumo general con el específico,además de un consumo específico eleva-do para 33 ºC con 13,5 g.L-1 y 43 ºC con8,5 g.L-1 de sal. Dentro de estos valores,los ensayos de las temperaturas superio-res (40 y 43 ºC) se corresponden con lasmayores producciones de azúcares reduc-tores específicos. La siguiente producciónespecífica en orden descendente lecorresponde a 25 ºC para 5 g.L-1, lo cualhace pensar que para 40 y 25 ºC seencuentra favorecida la acumulación deazúcares reductores en el exterior celular,mientras a 33 ºC a pesar del estrés salino,una parte superior de los azúcares hidroli-zados es internada a la célula para sudegradación.

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Los mayores crecimientos de biomasapara el medio con sacarosa alcanzaron lasmás altas variaciones del pH, pero los experi-mentos que presentaron más acumulaciónespecífica de azúcares reductores fueron losque evidenciaron las máximas variacionesespecíficas de pH. Para los ensayos con lac-tosa se obtienen las mayores variacionesespecíficas donde no es máximo el crecimien-to celular. En los dos casos las mayores varia-ciones de este parámetro pueden estar rela-cionadas con la existencia de mecanismos deadaptación y supervivencia, a partir de la acu-mulación de azúcares en el medio externopara la producción de exopolisacáridos.

El comportamiento en la acumulacióndel polímero de ésteres para un medio consacarosa coincide de forma general con lascondiciones de crecimiento máximo, a par-tir del carácter intracelular de esta molécu-la de reserva. Sin embargo, valores gene-rales y específicos elevados se obtuvieronpara 22 ºC con 8,5 g.L-1 de sal. De los pará-metros en estudio es la temperatura el queparece determinar la producción del pro-ducto de interés, desfavorecida para eleva-das concentraciones de sal. La producciónespecífica superior se encontró para 43 ºCcon 8,5 g.L-1 de sal. En el primer caso,parece haber un predominio de los meca-nismos de supervivencia a partir de la pro-ducción de EPS, mientras para las tempe-raturas altas predomina la vía de acumula-ción del PHB, para la bacteria en estudiodentro de las condiciones establecidas.

CONCLUSIONES

En las condiciones estudiadas para elmedio utilizado la presencia de sacarosa olactosa no evidencia grandes diferencias enel crecimiento. Existe una tendencia para elrango de las variables seleccionado a la acu-mulación extracelular de materiales dereserva que pueden incluir EPS, cuando lastemperaturas son bajas para elevadas con-centraciones de sal en presencia de sacaro-sa; y cuando la temperatura y la concentra-ción salina es alta en presencia de lactosa.Las variaciones del pH del medio están rela-cionadas en mayor medida con la utilizaciónde la sacarosa y la lactosa como fuentes decarbono y energía en las condiciones selec-cionadas, que con el aumento de la bioma-

sa. La producción de PHB en Azospirillumbrasilense 8-INICA en medio enriquecidocon sacarosa está favorecida por temperatu-ras de 33 y 22 ºC cuando la concentraciónsalina es de 8,5 g.L-1.

AGRADECIMIENTOS

A la MSc. Juana Pérez Pérez por su con-tribución en la adquisición de la cepa bacte-riana.

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Roberto J. Rodríguez-Mambuca, Julián Rodríguez-López, Armando Perdomo-Morales

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA) Carretera central M. Martínez Prieto, km 2 ½. Boyeros. La Habana. Cuba.

roberto.rmambuca@icidcaby.azcuba.cu.

RESUMEN

Se llevaron a cabo experimentos de determinaciones en paralelo de muestras de azúcarcrudo usando el método de ceniza conductimétrica del ICUMSA 2007, con agua de con-ductividad de 2 µ Siemens/cm y una réplica utilizando agua destilada en el intervalo de 2a 10 µ Siemens/cm, para evaluar la posibilidad de sustituir el agua de conductividad exi-gida por la técnica analítica por agua destilada común en estos análisis.Se evaluó estadísticamente el conjunto de 58 muestras pareadas y de este análisis seconcluyó que no había diferencias significativas entre los resultados con el empleo deagua destilada normal y agua de baja conductividad.La utilización de agua destilada normal (5-10 µ Siemens/cm) economizaría divisas porahorro de energía eléctrica (si se utilizan bidestiladores) o ahorro de reactivos-resinasintercambiadores y contaminación del medio ambiente si se emplean desionizadores.

Palabras clave: azúcar crudo, ceniza conductimétrica, ICUMSA, agua de conductividad.

ABSTRACT

A set of experiments were carried out doing parallel determinations of raw sugar samplesby 2007-ICUMSA conductimétric ash method, using 2 µSiemens/cm conductivity waterand a replica with distilled water within the range of 2 to 10 µSiemens/cm, to evaluate thepossibility of substitution of conductivity water required by the analytical technique withcommon distilled water.The whole set comprised 58 paired samples which were statistically evaluated and this ledto the conclusion that there were no significant differences between results using ordinarydistilled water and low conductivity one.The use of normal distilled water (5-10 µSiemens/cm) will economize foreign currency bysavings in electrical energy (if bidistillators are applied) or by savings in reagents and ion-exchange resins, as well as a reduced environmental impact, if deionizers are utilized.

Keywords: raw sugar, ICUMSA, conductimétric ash, distilled water.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2013, vol. 47, no. 2 (mayo-agosto), pp. 31 - 34

La calidad del agua destilada en la determinaciónde cenizas conductimétricas en azúcares crudos

INTRODUCCIÓN

La ceniza se puede definir como el resi-duo mineral que queda de una sustanciadespués de haberla sometido a combustióntotal. Los resultados satisfactorios y la facili-dad operatoria de los métodos conductimé-tricos, según algunos autores (1, 2), hanreemplazado el lento proceso de la cenizagravimétrica en las determinaciones rutina-rias en azúcares refinos, crudos, aguas resi-duales, mieles y otros productos de la indus-tria azucarera.

El análisis de los productos en estaindustria por métodos conductimétricospara la determinación de ceniza se basa enla baja conductividad del agua destilada y lacondición de no-electrolito de la sacarosaque, por tanto, tampoco conduce la electrici-dad. Así, las sales minerales que constituyenla ceniza son prácticamente las responsa-bles del valor de conductividad obtenido, conla excepción de la sílice, que tampoco esconductora.

El valor de estas mediciones conducti-métricas ha sido reconocido por la industriaazucarera y se han informado numerosostrabajos sobre el tema.

La medición de la conductividad da unamedida de la concentración de los iones pre-sentes y ofrece de este modo, una indica-ción directa del total de los minerales pre-sentes o el contenido de ceniza del produc-to. El conocimiento del contenido de cenizasen los azúcares y mieles finales, tiene inci-dencia en el proceso industrial, ya que estastienen carácter melasigénico.

En los años 40 del siglo pasado (3), seproponía la utilización de aguas de una con-ductividad de 1,5 a 2,0 µSiemens/cm. Para ladeterminación de ceniza conductimétrica, lametodología de ICUMSA, 2007, recomiendaaguas con conductividad ≤ 2µ Siemens/cm ya la vez menciona que el agua destiladaordinaria puede tener una conductividad dehasta 10 µS/cm, valor que fue utilizado hastaque la norma cubana cambió (4) dicho valor,que pasó a ser de 5 µSiemens/cm. Estanorma relaciona tres calidades de agua. Enel país, en la determinación de ceniza seemplea el método (ICUMSA) 2007 (5).

Las posibilidades de obtener la denomi-nada agua de conductividad (conductividad≤ 2 µ Siemens/cm) para la determinación dela ceniza conductimétrica en azúcar crudo

es compleja en la mayoría de los laboratoriosazucareros (especialmente en los ingeniosazucareros) que emplean un destilador deagua común. Una posible elección es utilizarbidestiladores de agua (caros) o desioniza-dores con el correspondiente uso de resinasde intercambio iónico y productos químicospara la regeneración de dichas resinas queson agresivos al medio ambiente.

Otra alternativa es estudiar el efecto delempleo de diferentes calidades de aguadestilada y analizar estadísticamente losresultados de las determinaciones de laceniza comparada con el uso de agua deconductividad con la misma muestra de azú-car en ambas determinaciones.

Producto de la dureza de nuestra fuen-tes de agua, se llevaron a cabo ensayoscon agua destilada en un rango de entre 2y 10 µSiemens/cm, lo que en caso de serviable permite la utilización de destiladorescomunes, y así trabajar con aguas en elentorno de 5 µSiemens/cm.

El objetivo de este trabajo es estudiarel efecto de la calidad del agua a valores≤ 2 µSiemens/cm y su comparación conaguas en el rango desde ≥ 2 µSiemens/cmhasta ≤ 10 µSiemens/cm en la determina-ción de ceniza. Adicionalmente, se ofrecenlas ventajas económicas que reporta la utili-zación de agua destilada en su determina-ción.

MATERIALES Y MÉTODOS

El Leycal (Laboratorio de Ensayo yCalibración de Alimentos) recibe al menostres muestras de cada una de las empresasazucareras que se encuentran produciendoazúcar, de las cuales se seleccionó unamuestra aleatoria de 58 (debe aclararse queel porciento representa a la población totalpor lo que caracteriza a la población original).

La técnica empleada para la determina-ción de ceniza en azúcar crudo fue la querecomienda ICUMSA en su edición de 2007(5), en la que se ofrece una descripción deta-llada de la misma. El método conductimétricoutilizado para la determinación de ceniza essencillo, rápido y rinde buenos resultados. Seprepara una solución del azúcar a analizarcon una concentración de 5 g/100 ml, la cualse enfría por debajo de 20 °C, y se transfie-re a la celda de lectura del conductímetro, se

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espera que la temperatura llegue a los 20 °Cpara leer la conductividad de la solución pro-blema. A la conductividad leída, se le resta laconductividad del agua destilada con la cualse preparó la solución y dicho valor se con-vierte a conductividad específica enµSiemens/cm multiplicando por la constantede la celda, K. La conductividad específicase convierte a porciento de ceniza mediantela aplicación de la fórmula correspondiente.

RESULTADOS Y DISCUSION

En la figura 1 se muestra el análisis esta-dístico realizado a los resultados analíticosde las 58 muestras comparadas con las doscalidades de agua destilada empleada.

Se calculó la regresión de y (≤ 10µSiemens) versus y (≤ 2 µSiemens), tenien-do en cuenta la exclusión del término inde-pendiente o su inclusión, las ecuacionesaparecen en el gráfico, se seleccionó la queincluye el término independiente porquetiene un coeficiente de determinaciónestadísticamente más alto.

En la tabla 1 aparece una serie deparámetros calculados a partir de dicharegresión. Se puede apreciar, en ambasvariables que los valores medios coinci-den. Además, si se considera que todo elerror está en la y, su desviación típica S0no excede como valor 0,01 % por lo que laincertidumbre en una medición (asumien-do una distribución normal de los datos, no

debe exceder 0,02 % (dos desviaciones típi-cas) para un factor de cobertura de 2, con un95 % de confianza.

Según la tabla, A.30a (6) percentiles dela distribución de r cuando ρ = 0, para unaprobabilidad del 99,95 % y para 60 paresde valores, cuando el valor de r calculadoexcede de 0,414, se afirma que hay corre-lación.

La dispersión de los datos se puedeobservar más claramente mediante la tabla 2.

La tabla revela que el 98,3 % de los valo-res analizados tienen una diferencia ≤ 0,02 %de ceniza con respecto al valor de referen-cia, con lo que se corrobora que los datosanalizados se pueden representar por unadistribución normal y esta diferencia a su vezes menor que la repetibilidad del método(0,03 %).

Adicionalmente, se realizó una prueba det pareada comparando los resultados obteni-

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Figura 1. Correlación alcanzada durante lacomparación con diferentes calidades deagua destilada.

Tabla 1. Resultados a partir de la regresión y (≤ 10 μ Siemens) versus y (≤2 μ Siemens)

Coeficiente de la variable independiente (x)

b = 0,97869

Término independiente a = 0,00265

Coeficiente de correlación r = 0,99585

Coeficiente de determinación

r2 = 0,99172

xmedia = 0,14069 ymedia = 0,14034 Todo el error en la y

S0 = 0,00925

Número de muestras n = 58

Tabla 2. Porciento acumulativo de la dispersión respecto al valor ≤ 2µSiemens/cm

Número de muestras Dispersión

% acumulado

% acumulado

total 29 0 50 50,00 25 ± 0,01 43,1 93,10 3 ± 0,02 5,2 98,30 1 ± 0,03 1,7 100,00

dos utilizando agua destilada con las dosconductividades especificadas con los resul-tados que se muestran en la tabla 3.

Del análisis de la tabla, dado que la t cal-culada es inferior al valor crítico de la t de latabla para dos colas, se acepta la hipótesis deque no hay diferencias significativas entre eluso del agua destilada con conductividad infe-rior a 2 µSiemens/cm y con agua destilada conconductividades > 2 y 10 µSiemens/cm.

Un diagnóstico de los laboratorios exis-tentes en la actualidad reveló que seríanecesaria una inversión para la adquisiciónde no menos de 60 equipos desionozadoresde agua para dotar los distintos laboratorios,(provinciales y los de las UEB) de este servi-cio. Estos equipos están valorados en elmercado internacional en € 550 cada uno,sin tener en cuenta el suministro de reacti-vos para una operación sin contratiempos.

CONCLUSIONES

1. La prueba de t pareada mostró que no haydiferencias significativas en la determina-ción de cenizas conductimétricas en azú-car crudo utilizando agua destilada conuna conductividad hasta de 10µSiemens/cm, comparada con la mismamuestra realizada con agua de conductivi-dad ≤ 2 µSiemens/cm. Los valores mediosde la ceniza conductimétrica por ambosmétodos de todas las muestras, difierenen la cuarta cifra decimal (0,1403 y0,1407).

2. El 98,3 % de los resultadosposeen diferencias analíticasmenores que la repetibilidaddel método.

3. S0, el límite de confianza inversopara la regresión, no excede de0,009 %, por lo que la incertidum-bre en la medición con factor decobertura de 2, no excede de0,02 %.

4. El coeficiente de correlación rpara el conjunto de las 58 com-paraciones fue de 0.99585,teniendo en cuenta, ademásque el coeficiente r puedevariar solamente entre -1 y +1;se considera que hay unabuena correlación entre ambosmétodos, o sea que ambosmétodos dan los mismos resul-tados analíticos.

RECOMENDACIONES

Se puede utilizar agua destilada hasta 10µSiemens/cm de conductividad para ladeterminación de ceniza conductimétrica enazúcares crudos en todos los laboratorios dela industria azucarera.

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Tabla 3. Prueba de t pareada de los resultados analíticos de las 58 muestras

Parámetros Variable 1

Variable 2

Media 0,14034 0,14069 Varianza 0,00921 0,00954 Observaciones 58 58 Coeficiente de correlación de Pearson 0,99585 Diferencia hipotética de las medias 0 Grados de libertad 57 Estadístico t -0,29255 P(T<=t) una cola 0,38546 Valor crítico de t (una cola) 1,67203 P(T<=t) dos colas 0,77093 Valor crítico de t (dos colas) 2,00266

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Gloria Bueno-García, María Antonieta Brizuela-Herrada, Grizel Delgado-Arrieta, Paulina Serrano-Méndez, Heidy Pérez-Leonard

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA)Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

gloria.bueno@icidca.edu.cu

RESUMEN

El PROBICID es un producto líquido de bacterias lácticas viables, obtenido por fermenta-ción del Lactobacillus plantarun B-103-1-5 y utilizado como aditivo alimentario para la críade aves y cerdos. Se evaluó el método de estabilidad acelerada, vida de estante y pre-dicción de fecha de vencimiento por valoración microbiológica utilizando análisis de degra-dación, distribución Weibull, relación Weibull-Arrhenius y estimación de máxima probabili-dad. El método predice una estabilidad en la viabilidad del microorganismo de 3 mesescon una confiabilidad del 90 % y garantiza que pueda ser almacenado y utilizado hasta 6meses a 30 ºC, Esta predicción fue corroborada por análisis de vida de estante a la mismatemperatura.

Palabras clave: producto probiótico, estabilidad acelerada, relación Weibull-Arrhenius,estimación máxima probabilidad.

ABSTRACT

The PROBICID, is a liquid product of viable Lactic acid bacteria obtained by fermentationfrom the Lactobacillus plantarun B-103-1-5 and used as feeding additive for the breedingof fowls and pigs. In this work it was evaluated the method of accelerate stability, shelf lifeand prediction of expiration date by valuation microbiological using degradation analysis,distribution Weibull, relationship Weibull-Arrhenius and estimate of maximum probability.The method predicts a stability in the viability of the microorganism of 3 months with a relia-bility of 90 % and it warrant that it can be stored and used up to 6 months at 30 ºC, Thisprediction was corroborated by analysis of shelf life to the same temperature.

Keywords: probiotic product, accelerate stability, relationship Weibull-Arrhenius, estimateof maximum probability.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2013, vol. 47, no. 2 (mayo-agosto), pp. 35 - 41

Predicción de la estabilidad del probiótico PROBICID de Lactobacillus plantarun B-103-1-5

por el método de máxima probabilidad

INTRODUCCIÓN

Durante décadas, los antibióticos hansido utilizados para prevenir la infección debacterias patógenas (Escherichia coli ySalmonella sp.) en los animales (1). Sinembargo, el incremento creciente en la dosi-ficación provoca el desarrollo de cepas bac-terianas resistentes, lo cual propicia el ulte-rior uso de antibióticos dificultando la terapiaTanto los productores como los consumido-res interesados en los efectos de los anti-bióticos en los animales de granja, se handedicado a la búsqueda de alternativas aluso de antibióticos (2). Una manera de resol-ver la salud animal mediante el balance delos microorganismos intestinales es elempleo de los probióticos (3).

Los probióticos son microorganismosvivos no patogénicos, habitantes usuales deltracto digestivo, los cuales en su estado natu-ral se alojan en humanos y animales (4, 5, 6)y que, al ser agregados como suplemento enla dieta y ser consumidos en cantidades sufi-cientes, favorecen el desarrollo de una floramicrobiana en el intestino (7-12).

En la alimentación animal se ha reportadoel efecto beneficioso de los probióticos en elcontrol de patógenos mediante su exclusión(13), en el incremento de la digestión y en laabsorción de nutrientes. Esto se traduce enun efecto positivo en el crecimiento y conver-sión alimentaria con aumentos en la produc-ción de carne, leche y huevos (14, 15).

El PROBICID es un producto líquido debacterias lácticas viables, obtenido por pro-ceso fermentativo del Lactobacillus planta-rum B-103-1-5, que presenta característicasprobióticas y que ha sido validado en anima-les con resultados satisfactorios, compara-bles con los obtenidos con productos comer-ciales ofertados en el mercado internacional(16, 17).

Es importante señalar que una caracte-rística esencial de un producto probiótico essu viabilidad. El tiempo en que una propor-ción dada de la población original permane-ce viable después del almacenamiento enlas condiciones escogidas, se conoce comotiempo de vida útil o vida de estante.

Tradicionalmente, el análisis de los datosde supervivencia se realiza investigando lostiempos de vida útil de productos o compo-nentes que se obtienen en condiciones nor-males de operación o almacenamiento. En

muchas ocasiones y por diversas razones,tales datos de vida útil son muy difíciles, sino imposible, de obtener. Las razones paraesta dificultad pueden incluir los tiempos pro-longados de vida de los productos de hoy yel desafío de experimentar con productosque son usados continuamente en condicio-nes normales. Dada esta dificultad, se handesarrollado métodos que aceleren la pérdi-da de supervivencia más rápidamente, quetienen como propósito predecir la estabilidadde productos o componentes en condicionesnormales de uso (18).

El estudio de la estabilidad aceleradaconsiste en el análisis de los datos de vida osupervivencia, en base a un modelo de dis-tribución que representa el producto a dife-rentes niveles de estrés y el análisis de larelación supervivencia-estrés, que cuantifi-ca la manera en que la distribución de vidacambia, empleando el método de estimaciónde máxima probabilidad.

El análisis de supervivencia conocidotambién como "análisis de Weibull" permiteestudiar la variable "tiempo hasta que ocurreun evento o tiempo de espera". El objetivoes hacer predicciones a partir de una distri-bución estadística de los datos de vida osupervivencia de una muestra representati-va para estimar características importantesde vida útil del producto. Diversos autoresconsideran a las curvas de supervivenciascomo una forma acumulativa de distribuciónde la letalidad que muestra una aproxima-ción probabilística (19-23).

El objetivo del presente trabajo es eva-luar el método de estabilidad acelerada, vidade estante y predicción de fecha de venci-miento, por evaluación microbiológica delbioproducto líquido PROBICID obtenido apartir del Lactobacillus plantarum B-103-1-5por análisis de degradación, distribuciónWeibull y relación Weibull-Arrhenius, utili-zando el método de máxima probabilidad.

MATERIALES Y MÉTODOS

MuestraSe utilizó un producto líquido de bacte-

rias lácticas viables "PROBICID" con unaconcentración celular de 1011-1013 UFC/mlobtenido por proceso fermentativo delLactobacillus plantarum B-103-1-5, deacuerdo con el procedimiento tecnológico

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desarrollado en el Instituto Cubano deInvestigaciones de los derivados de la Cañade Azúcar (ICIDCA), (17).

Estudio de estabilidad aceleradaSe realizaron cinéticas de muerte térmica

empleando un volumen fijo (10 ml) de PRO-BICID añadido en tubos de vidrio con tapade 15 ml de capacidad, previamente esterili-zados. La incubación se realizó en baño ter-mostatado a temperaturas de 37, 45, 50, y60 ºC durante intervalos de tiempo variados.La concentración celular se midió al inicio yfinal del tiempo de incubación.

Estudio de vida de estanteSe emplearon seis lotes de PROBICID

envasados en frascos de cristal de 1 L, obteni-dos de fermentaciones diferentes y colocadosen estantes a temperatura ambiente (30 ºCpromedio) durante varios días. Se realizaronvaloraciones periódicas de los mismos.

Estimación de la concentración celularEl conteo de células viables se realizó

por el método de diluciones seriadas y siem-bra en placas de MRS-Agar e incubación a37 ºC durante 48 h.

Procesamiento de los datosSe realizó de acuerdo con la teoría y

principios de Estabilidad Acelerada (18) yprocesados por el programa Stagraphic ver-sión 7. Segidamente, se caracterizan losmodelos y funciones utilizados:

• Modelo de distribución de Weibull de dosparámetros

La variable tiempo de espera es unavariable aleatoria continua y no negativa,cuya función de probabilidad [f(t)] se especifi-ca en la función densidad de probabilidad(pdf, por sus siglas en inglés), que se definecomo una función que permite calcular la pro-babilidad de que la variable tome valores enun intervalo a través de la siguiente ecuación:

Donde: beta, β, es el parámetro de formadel pdf y es adimensional. Para 0<β<1, f(t)decrece de forma asintótica y convexa cuan-do aumenta el tiempo, cuando β=1 la f(t)

representa una distribución exponencial quepuede representar crecimiento o pérdida desupervivencia y para β>1 f(t) asume una dis-tribución normal.

• Modelo de distribución de Arrhenius.El modelo de Arrhenius es probablemente

el más utilizado en los ensayos de estabilidadacelerada cuando el estímulo o estrés es tér-mico. La ecuación que relaciona la velocidadde muerte y el estrés está dada por:

Donde: (L) representa el valor de lacaracterística de vida, (A) constante a serdeterminada, (B) es una constante a serdeterminada y es igual a Ea/k) (Ea) energíade activación (eV), (k) constante deBoltzman (8,17 E-5 eV/ ºK) y (T) temperatu-ra en grados Kelvin.

• Propiedades estadísticas de Weibull

Vida media calculada por la siguiente ecua-ción:

Donde Γ(1|Β+1) es la función gammaevaluada al valor de (1|β+1).Mediana de vida, evaluada a partir de:

Función de probabilidad de confiabilidad devida representada por:

Tiempo de confiabilidad de vida, estimadode acuerdo con:

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Dado que el análisis de estabilidad osupervivencia permite estudiar la variable"tiempo hasta que ocurre un evento", se defi-

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nió como evento para este análisis, la pérdi-da de tres órdenes de las Unidades formado-ras de colonia (UFC) como el valor mínimoaceptable del producto, por lo que valoresiguales o menores serán considerados comotiempo de fallo o pérdida. En la tabla 1 sepresentan los resultados del tiempo de pérdi-da de supervivencia obtenidos de la cinéticade muerte del Lactobacillus plantarum B-103-1-5 a diferentes niveles de estrés térmico.

En la figura 1 se muestra el efecto de losvalores de β y η en los pdf correspondientesdel modelo de Weibull, a cada nivel deestrés. El valor β corresponde al valor pro-medio a partir del cual se estimaron los valo-res de η. Como se puede apreciar los pdfmuestran una distribución normal correspon-diente a un valor de β>1 (β=2,07).

Aplicado a la cinética de supervivencia sepuede señalar que se produce un incrementode la velocidad de muerte del Lactobacillusplantarum B-103-1-5 hasta alcanzar un valordel tiempo correspondiente al máximo valor delpdf, la velocidad de muerte disminuye poste-riormente. Dado el valor positivo de β, la super-vivencia es inversa al estrés. Adicionalmente,por efecto de la temperatura, los valores de η(característica de vida) disminuyen en la medi-da que aumenta la temperatura como se pre-senta a continuación: 37 ºC (η 162,18 horas),45 ºC, (η 3,59 horas), 50 ºC (η 0,405 horas) y60 ºC (η 0,0063 horas), Este efecto se reflejaen un cambio en la distribución con desplaza-miento hacia su comienzo o cero aumentandosu altura al incrementarse el estrés.

Con los valores de η obtenidos, se eva-luó el modelo de Arrhenius (figura. 2); a par-tir de la ecuación derivada se estimó el valorη (5143,56 horas) a 30 ºC.

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Tabla 1. Tiempos de pérdida de supervivencia a diferentes niveles de estrés térmicos

Tiempo (h)

T (ºC)

Tiempo (h)

T (ºC)

Tiempo (h)

T (ºC)

90 37 1,25 45 0,018 60 100 37 1,50 45 0,020 60 120 37 2,00 45 0,022 60 130 37 2,50 45 0,023 60 150 37 0,233 50 0,025 60 200 37 0,750 50 0,033 60 300 37 0,917 50 0,050 60 400 37 1,083 50 0,067 60 1,00 45 2.00 50 0,083 60 1,10 45 2.50 50

Figura 1. Efecto de los parámetros β y η de la distribución de Weibull en la densidad de pro-babilidad (pdf).

La relación Weibull- Arrhenius se mues-tra en la figura 3 para los diferentes pdf yvalores de característica de vida (η) delLactobacillus plantarum B-103-1-5 a los dife-rentes niveles de estrés, incluido el valorestimado. Como se puede observar, la pen-diente parece ser negativa aunque esta tieneun valor positivo. Esto se debe a que η esploteada versus a la temperatura y no alinverso de la misma. La energía de activa-ción calculada a la temperatura de 30 ºC fuede 82,26 kcal mol-1. El valor obtenido deenergía de activación se encuentra dentrodel rango reportado para células vegetativas(55-100 kcal mol-1), comparablemente másalto que para vitaminas o enzimas que estánen el entorno de 2-10 kcal mol-1 (24).

Se ha señalado (25), que los valores deenergía de activación son constantes paraun particular estrés o modo de fallo, pero enrealidad la energía de activación puede querealmente varíe de un lote de producción a

otro y de una versión del producto a otra,incluso para el mismo producto.

Para predecir la supervivencia delLactobacillus plantarum B -103-1-5 y con ellola vida util del probiótico PROBICID los pará-metros β y η a 30 ºC fueron usados paraestimar las diferentes variables estadísticas.En la figura 4 se muestra la probabilidad deconfiabilidad de vida útil.

El tiempo de vida media con un nivel deconfiabilidad del 90 % estimado del probioti-co PROBICID fue de 2,8 meses sin pérdidade viabilidad del Lactobacillus plantarum B -103-1-5. La mediana de superviviencia querepresenta el centro de la distribución o valorcentral de vida útil, a partir de la cual se pro-duce la pérdida de más de 3 órdenes delproducto, fue de 6 meses.

Para corroborar esta predicción se anali-zó la estabilidad de vida de estante a 6 lotesde PROBICID, de acuerdo con la metodolo-gía desarrollada. De igual forma, se definióla pérdida de tres órdenes de las unidadesformadoras de colonia (UFC), como el valormínimo aceptable del producto. En la tabla 2se presenta la valoración microbiológica delos lotes.

Como se puede apreciar, no todos losresultados cumplen con esta condición. Portal razón, se aplicó el análisis de degrada-ción ajustando los datos a una distribuciónexponencial, a partir de la cual por extrapo-lación se estimaron los tiempos de pérdida

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Figura 3. Relacion Weibull-Arrhenius.

Figura 4. Probabilidad de confiabilidad devida, en función del tiempo de almacena-miento a 30 ºC.

Figura 2. Relación gráfica de Arrhenius delos valores de η del Lactobacillus plantarumB-103-1-5.

de viabilidad a cada lote. Estos tiempos semuestran en la tabla 3. Estos datos fueronajustados al modelo estadístico de Weibullempleando el método de máxima probabili-dad y estimados los parámetros β (2,38473)y η (5020,2).

La probabilidad de confiabilidad de vidade estante se ilustra en la figura 5. Los valo-res estimados de vida media y mediana devida fueron de 2,6 y 6 meses, respectiva-mente. El resultado obtenido concuerda conlos valores predichos de estabilidad delPROBICID utilizando el método de máximaprobabilidad.

CONCLUSIONES

Con el estudio de la estabilidad acelera-da y la aplicación de las funciones de proba-bilidad, se pudo describir el impacto delestrés térmico en la cinética de muerte delLactobacillus plantarum B -103-1-5, principioactivo, del producto líquido PROBICID. Elmétodo predice que el producto no sufrecambios en la viabilidad del microorganismo

durante 3 meses con una confiabilidad del90 % y garantiza que pueda ser utilizado yalmacenado a 30 ºC hasta 6 meses, a partirde los cuales no es confiable al decrecer laviabilidad por pérdidas en 3 órdenes o másde unidades formadoras de colonias. Estosresultados fueron corroborados por análisisde estabilidad en anaquel.

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Tabla 2. Nivel de contaminación en función del tiempo de estante de PROBICID a 30 ºC

Tiempo (dias)

UFC/ml Lote 1

UFC/ml Lote 2

UFC/ml Lote 3

UFC/ml Lote 4

UFC/ml Lote 5

UFC/ml Lote 6

0 8,50E+11 8,6E+10 1,50E+11 2,40E+10 2,64E+12 6,20E+10 15 - - - - - 4,30E+10 30 7,60E+10 3,60E+10 8,10E+10 1,10E+10 - 1,30E+10 45 - - - - - 1,00E+09 60 1,00E+09 5,00E+08 - 1,10E+09 7,00E+10 1,60E+06 90 4,50E+08 3,00E+07 2,10E+09 9,20E+08 1,60E+10 2,30E+06 120 - - - - 2,30E+04 - 150 - - - - 2,10E+05 -

Tabla 3. Tiempo de pérdida de viabilidad de los diferentes lotes

Muestra UFC/ml Tiempo de

pérdida (días)

Lote 1 6,35E+07 183 Lote 2 4,82E+07 208,3 Lote 3 8,46E+07 321,5 Lote 4 2,22E+07 208,3 Lote 5 3,26E+08 120,0 Lote 6 3,27E+07 166,7

Figura 5. Gráfico de probabilidad Weibullpara vida de estante a 30 ºC.

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Amaury Pérez-Martínez*, Isnel Benítez-Cortés, Hilda Oquendo-Ferrer, María Caridad Julián-Ricardo, Pablo Galindo-Llanes

Departamento de Ingeniería Química. Universidad de Camagüey "Ignacio Agramonte Loynaz". Camagüey. Cuba.

*amaury.perez@reduc.edu.cu

RESUMEN

Se desarrolla una propuesta metodológica para integrar el diseño de un sistema de con-trol automático dentro de las tareas del diseño de planta. La misma se fundamenta con unestudio de caso de obtención de un producto de consumo animal (Bagamés), el cual seobtiene por vía biotecnológica a partir de residuos de la industria azucarera. Se discutenlos elementos claves para diseñar el sistema de control automático y su inserción en lapropuesta metodológica. El diseño incide en la disminución del costo total de inversión yaseguramiento de una alta eficiencia y calidad del producto. Al seguir los pasos de lametodología, es posible seleccionar aquella más factible desde el punto de vista técnico-económico, que sea compatible con el medio ambiente y segura.

Palabras clave: diseño de plantas, sistema de control automático, alimento animal.

ABSTRACT

It develops a methodology for integrating the design of an automatic control system in theplant design tasks. It is grounded with a case study for obtaining a consumer product ani-mal (Bagamés), which is obtained through biotechnology waste from the sugar industry.We discuss the key elements to design automatic control system and its integration intothe proposed methodology. The design affects the lower total cost of investment and ensu-ring high efficiency and product quality. By following the steps in the methodology that canbe selected more feasible from a technical, economic, that is compatible with the environ-ment and safer.

Keywords: plant design, automatic control system, feed.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2013, vol. 47, no. 2 (mayo-agosto), pp. 42 - 52

Integración del diseño del sistema de control automático al diseño total de una planta

para obtención de alimento animal a partir de residuos de la industria azucarera

INTRODUCCIÓN

La perspectiva industrial sobre la necesi-dad de integrar el control automático al dise-ño de plantas no es una idea nueva, sinoque fue sugerida desde la década de 1980(1) y continua siendo un área de desarrollo(2). El logro eficiente de estos objetivos hadependido del orden de prioridad que se leha asignado a cada una de las tareas invo-lucradas en el diseño. Generalmente, eldiseño de plantas y su sistema de controlautomático se han realizado de manerasecuencial, como procesos independientes.Inicialmente, se determina la estructura deldiagrama de flujo, las condiciones de opera-ción en estado estacionario que se requie-ren, y así alcanzar los objetivos de produc-ción y el cálculo de los parámetros físicos dela planta (tamaño de las unidades del proce-so) (3). Con tales parámetros es posible,entonces, optimizar un índice económico,como por ejemplo: minimizar el costo anualde mantenimiento, maximizar los beneficioso ganancias y minimizar el costo de cons-trucción, entre otros.

Para el diseño de plantas químicas enCuba, se han propuesto diferentes enfo-ques metodológicos (4). Sin embargo, estosno consideran el diseño del control automá-tico del proceso. El hecho de no considerar-lo como una parte integral en las etapas dediseño (diseño integrado) genera como con-secuencia que los objetivos asociados a lacalidad deban alcanzarse ante la presenciade grandes perturbaciones, de fallos de losequipos, variaciones de carga, entre otros(3). Este artículo se centra en un procedermetodológico propuesto en Cuba para laselección de alternativas factibles en losámbitos técnicos, económicos y medioam-bientales y que emplea en su fundamenta-ción un estudio de caso basado en la tecno-logía de obtención del Bagamés (4). ElBagamés es un producto diseñado para elconsumo animal y se obtiene de residuos dela industria azucarera como la cachaza, elbagazo y la miel (5), donde el bagazo cons-tituye el soporte sólido, la miel final el sus-trato y la cachaza permite el balance de sóli-dos y cumplir los requisitos nutricionales delmicroorganismo. Los experimentos llevadosa cabo previamente (5) permitieron simulary optimizar un conjunto de variables queinciden en la obtención de Bagamés con

altos valores de proteína verdadera, y portanto, mayor valor nutricional (5). Sinembargo, en las modificaciones realizadascon posterioridad al diseño de dicha planta,no se tuvo en cuenta el control automático.La automatización es factible lograrla debi-do a que se conocen los parámetros del pro-ceso (temperatura, tiempo y flujo de aireespecífico) que inciden en los niveles ópti-mos de calidad del producto (proteína ver-dadera). Por estas razones, se proponedesarrollar un procedimiento para el diseñode control automático integrado al diseño deplantas. Esto permitirá que, desde el diseñode plantas, se garantice un entorno seguro,compatible con el medio ambiente, aumentela calidad deseada del producto y la eficien-cia de la planta.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se realizó una modificación a la propues-ta metodológica para el diseño de una plan-ta (procedimiento base) (4), al añadir ungrupo de acciones en el diseño de controlautomático de procesos. Estas acciones fue-ron: 1. Diseño de la estructura de control o dise-

ño del sistema de control de procesos (9-12). Esta etapa consistió en: la selecciónde las variables controladas, de las varia-bles manipuladas, de los instrumentos demedición, de la configuración del lazo decontrol, y del tipo de controlador.

2. Diseño o selección del controlador. Serealizó en dependencia de la función detransferencia (FT) que se dedujo a partirdel balance de masa y energía de laetapa analizada y en correspondencia acada una de las tecnologías.

Toda la propuesta metodológica se fun-damentó a partir de un estudio de caso dela tecnología para la producción deBagamés (5).

Se consideraron dos alternativas tecno-lógicas para el diseño de una de las unida-des de la planta llamada de "enriqueci-miento proteico". La principal diferenciaentre ambas alternativas es el tipo de reac-tor biológico utilizado. La tecnología conti-nua (T.C) emplea un tambor rotatorio y lasemicontinua (T.S.C) utiliza un reactor delecho fijo.

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Se empleó como estrategia el diseño decontrol por retroalimentación (6). Con elobjetivo de articular la nueva propuesta alprocedimiento base, se identificaron losrequisitos necesarios para desarrollar dichométodo: el diagrama de flujo correspondien-te a cada alternativa tecnológica (5), lasvariables a controlar, definidas como aque-llas que se deben mantener o controlar den-tro de algún valor deseado (6), y las varia-bles a manipular, que son aquellas que seutilizan para mantener a la variable controla-da en el punto de fijación (punto de control ode régimen) (6).

Por último, se analizó la influencia delsistema de control diseñado sobre los indi-cadores económicos, para lo cual se siguie-ron los pasos planteados en el procedimien-to base. El análisis del proceso se efectuópara una capacidad de la planta deBagamés de 100 t/d.

RESULTADOS

Procedimiento para el diseño del controlautomático de procesos integrados aldiseño de planta

Se propone una secuencia de accionespara el control de procesos, la cual se mues-tra en la figura 1. Este módulo se integra conel procedimiento base, en un momento pos-terior a las tareas relacionadas con la dispo-nibilidad de equipamiento y antes de la esti-mación económica. Así, los resultados deldiseño de control automático están dentrode los análisis económicos previstos en elprocedimiento base. A continuación se des-criben sus pasos.

Paso 1: El propósito de este paso es definirel objetivo del control automático del pro-ceso y clasificarlo en función de las nece-sidades de la tecnología: suprimir lainfluencia de perturbaciones externas,asegurar la estabilidad del proceso quí-mico, optimizar el desempeño de este.Posteriormente, se seleccionan las varia-bles controladas, donde juega un papelimportante la experiencia, así como laincertidumbre de las variables que reú-nan las siguientes propiedades: a) suvalor óptimo no debe ser sensible a lasperturbaciones, b) debe ser fácil contro-larla con precisión, c) su valor tiene que

ser sensible a cambios en las variablesmanipuladas. Luego, se debe seleccio-nar la variable (manipulada), que permitamantener la variable controlada en elvalor deseado.

Paso 2: Se debe seleccionar una estrategiade control acorde con el equipamientoque caracteriza la tecnología de la plantay también con las variables controladas.

Paso 3: El objetivo de este paso es diseñarel lazo de control y así obtener los pará-metros de diseño del mismo. Debentenerse en cuenta las características dela estrategia de control seleccionada en elpaso previo. También se requiere de losbalances de masa y energía para obtenerla FT. La búsqueda de la FT se recomien-da cuando el objetivo del control debe serriguroso. Por ejemplo, en situaciones enlas que se prevé pueda existir rotura delequipo, escape de gases nocivos, daño almedio ambiente y grandes afectacionesal producto o peligro de explosión. Noobstante, en caso de que sea necesariala búsqueda de la FT se pasa a seleccio-nar el controlador más adecuado para ellazo de control. Se selecciona el controla-dor de tipo proporcional integral derivativo(PID), el cual se ajusta en función de laFT, de forma práctica.

Paso 4: El objetivo es determinar el costo deadquisición e inversión del equipamientode control seleccionado, a partir de lametodología propuesta por Peters yTimmerhaus (1991) (7) y que forma partede cada uno de los lazos de control dise-ñados. Se requiere analizar la factibilidadtécnico-económica de estos lazos.

Paso 5: El propósito es analizar otras estra-tegias de control de procesos aplicadas ala tecnología que se diseña.

Paso 6. Una vez establecidos los criterioscomparativos en el paso cuatro se reco-mienda seleccionar la mejor alternativade control en función de los intereses deldecisor. Se deben comparar, desde elpunto de vista técnico y económico, todoslos sistemas de control automático pro-puestos.

Diseño del control automático para laplanta productora de Bagamés: estudiode caso

La tecnología para la producción delBagamés en su propuesta inicial, analiza el

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proceso de enriquecimiento proteico en dosvariantes en función del biorreactor (5). Estoda lugar a dos alternativas tecnológicas: tec-nología semicontinua (TSC) y tecnologíacontinua (TC). Posteriormente, al aplicarle elprocedimiento base se determinó la TC conuna capacidad de la planta de 100 t/d, comoaquella más viable desde el punto de vistatécnico, medioambiental y económico (4). Acontinuación, se muestran los resultados deldiseño al aplicar el módulo de control que sepropone.

Definición del objetivo del sistema de control El objetivo del sistema de control en las

dos tecnologías es el mismo y se definecomo: "mantener estable el valor de la tem-peratura en todo el volumen del biorreactor,de forma que se alcancen los valores ópti-mos promedios de proteína verdadera". Estatecnología requiere de un control automáticoenfocado a optimizar el desempeño de losprocesos químicos que se generan en laplanta de enriquecimiento proteico.

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Figura 1. Propuesta del nuevo procedimiento para el diseño delcontrol de procesos.

Selección de la variable a controlar y lamanipulada

Para ambas tecnologías la variable acontrolar es la temperatura y la variablemanipulada es el flujo aire específico húme-do a temperatura ambiente. La variablemanipulada se regula a partir de la variaciónde la frecuencia del motor del soplador.

Los valores que se requieren de estasdos variables difieren en ambas tecnologías,debido a las diferencias entre los dos tiposde biorreactores. Estos valores se identifica-ron a partir de la simulación llevada a cabopor Julián (2008) para la obtención de lacantidad de biomasa con un alto contenidode PV (5) y se muestran en la tabla 1.

Selección de la estrategia de control, diseñodel lazo de control y equipamiento de control

Se seleccionó la estrategia de control porretroalimentación debido a que: tiende acorregir cualquier alteración de la variablecontrolada, es de fácil construcción y es lamás barata en el mercado (6).

En la figura 2 se muestra el lazo de con-trol diseñado y acoplado al diagrama de flujocorrespondiente a la etapa de enriqueci-miento proteico. Sus características técnicasy económicas se muestran en la tabla 2.Como se observa, dentro del equipamientode control se requiere un sensor-transmisorde temperatura para medir y así controlar latemperatura en el interior del reactor.

El sensor seleccionado es una termorre-sistencia PT 100, ya que permite medir latemperatura en el rango necesario (0-70 °C).Por su parte, el controlador PLC se escogeporque cumple con los requisitos que requie-re la estrategia de control seleccionada.Tiene entre sus ventajas que permite laconexión directa de una termorresistencia, loque evita gastos por tener que invertir en untrasmisor. En el caso del controlador PLC,también sigue la política de sustitución deimportaciones que Cuba está llevando acabo. Se cuenta por tanto con dos alternati-vas de equipamiento de control factibles téc-

nicamente: alternativa 1 (sensor-controla-dor-variador) y alternativa 2 ( sensor-contro-lador-variador). Se selecciona la alternativa1, porque sus características técnicas cum-plen con los requisitos del motor del sopla-dor (1,1 kW) y garantiza el flujo de airehúmedo específico requerida por cada tec-nología (tabla 2).

Factibilidad técnica y económica de la estra-tegia de control diseñada

En la tabla 3 se muestra el costo deadquisición para cada uno de los equiposde control (alternativa 1). El sensor consti-tuye el equipo donde se generan las dife-rencias, lo cual se debe al número de uni-dades que requieren ambas tecnologías. Eldiseño de control automático que se pro-pone para la tecnología continua es elmejor por presentar un menor costo deadquisición total ($ 2 161,87).

El costo total de inversión del sistema decontrol toma en consideración, no solo elcosto del equipamiento, sino también lo pre-visto en cuanto a accesorios, instalación yajuste y puesta en marcha (14). A partir deeste análisis, la TC tiene un menor costo deinversión, requiriéndose invertir $7 934,06 yen el caso de la T.S.C, $13 585,97.

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Tabla 1. Rango de valores (5)

Alternativa tecnológica

Tipo de biorreactor

Rango de temperatura a controlar

Valores de flujo específico de aire

a manipular TC Tambor rotatorio 35 – 38 ºC 2 L/(kg min) TSC Lecho de lecho fijo 32 – 34 ºC 0,5 L/(kg min)

Figura 2. Diagrama de flujo de la seccióndel proceso con la propuesta de control.

Análisis económico de la planta diseñada

Posterior al diseño del control automáti-co del proceso (paso 12) y aplicando el pro-cedimiento base, se debe realizar un análi-sis económico de inversión y producción dela planta. Debe señalarse que, para losefectos del artículo, se han analizado enparalelo las dos tecnologías. Sin embargo,metodológicamente, se plantea un análisispor separado. Este cálculo se realizó consi-derando el costo de inversión realizado enel acápite 2.3. Como resultado, puedeobservarse en la tabla 4 que para la TC estecosto es de $ 11 901 744,06 y para la TSCes de $ 15 568 567,61. Estos resultadosdifieren de los cálculos realizados en undiseño anterior de la planta, en el que no seconsideró el diseño de control automático(4) e indican que el diseño de la planta, con-siderando la TC con el sistema de controlautomático, sigue siendo la mejor alternati-va desde el punto de vista técnico, econó-mico y medioambiental.

Específicamente, el análisis económicobasado en los indicadores dinámicos VAN yTIR para diez años (tiempo de vida útil de laplanta) (4), consideraron dos precios de ventainferiores o similares a los productos de impor-tación (200 $/t y 250 $/t). En la tabla 4 puedeobservarse que ambas tecnologías, para estosprecios de venta, tienen un valor del VAN positivoy una TIR adecuada. De igual manera, el períodode recuperación al descontado (PRD) de la inver-sión muestra valores conformes según la tenden-cia actual de recuperación de las inversiones.

La tecnología y la capacidad selecciona-das se consideran óptimas no solo desde elpunto de vista económico, sino también via-bles desde el punto de vista técnico y com-patibles con el medio ambiente. Esto sedebe a que la tecnología que metodológica-mente es examinada en este paso, ya hasido analizada según criterios medioambien-tales (de consumo y de vertimiento) y optimi-zada según diferentes criterios técnicos (8,9), en varias etapas de la propuesta metodo-lógica (pasos 5 y 10).

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Tabla 2. Características técnico-económicas del equipamiento de control comercializado en Cuba

Alternativa Equipo Fabricante Descripción técnica

Precio ($)*

1 y 2 Sensor Burdon Sedeme

Termorresistencia PT 100 154,00

1 y 2 Controlador PLC SIEMENS CPU CP22 14ED/10SD

603,03

1 Variador Schneider ATV31,1.1KW 240V KIT 317,42

2 Variador Schneider ATV31,2.2KW 240V KIT

461,58

*Precio de venta según CEDAI (Empresa de Automatización Integral)

Tabla 3. Costo de adquisición del equipamiento de control para las alternativas tecnológicas diseñadas

Equipo TSC TC Unidad Costo ($) Unidad Costo ($)

Sensor 16 2 464,00 6 924,00 Controlador PLC

1 603,03 1 603,03

Variador (ATV31,1.1kV 240 V Kit)

2 634,84 2 634,84

Total 19 3 701,90 9 2 161,87

DISCUSION

El diseño del control automático integra-do al diseño de plantas

Durante su operación, una planta quími-ca debe satisfacer varios requerimientosimpuestos por el diseño y por condicionestécnicas, económicas y sociales en presen-cia de influencias externas (perturbaciones).Estos requerimientos dictan la necesidad deun monitoreo continuo de la operación deuna planta química y la intervención externa(control) para garantizar la satisfacción delos objetivos operacionales (10).

El procedimiento que aquí se proponepara el diseño del control automático, seconcibe dentro del diseño de planta, por loque constituye un diseño integrado. Estesurge como una necesidad para que latarea de diseño en general se realice deforma óptima. Las consecuencias de noseguir la metodología tradicional de diseñoevitan la obtención de diseños del procesoque no alcanzan las especificaciones esta-blecidas, lo que conlleva a realizar costosasmodificaciones posteriores para obtener uncontrol adecuado (11). El hecho de que lascaracterísticas de controlabilidad se hayanconsiderado previamente en las etapas dediseño, permite fijar especificaciones diná-micas del sistema que facilitará la opera-ción y flexibilidad de las mismas, que pue-

den ser gobernadas por un sistema de con-trol automático (1). Otro rasgo distintivo deesta propuesta, es que toma en considera-ción la factibilidad, tanto técnica como eco-nómica, de la estrategia de controlabilidadque se propone sobre la base del costo deinversión del equipamiento involucrado enel lazo de control. Lo anterior, permite queel sistema de acciones aquí propuesto, sepueda integrar al procedimiento base. Estose debe a que el costo de inversión delequipamiento de control influye en el indi-cador económico VAN y consecuentementeen la toma de decisiones que este sugiere.

Aplicación del procedimiento. Estudio decaso

Las variables a controlar y la manipuladajuegan un importante papel en el diseño delsistema de control, independientemente dela estrategia de control seleccionada (12).Se puede decir que el objetivo de un siste-ma automático de control de procesos esajustar las variables manipulables paramantener las variables controladas en elvalor del punto de ajuste (set point), sinimportar el efecto de las perturbaciones(13). La selección de dichas variables, apartir de lo propuesto en este procedimien-to, puede basarse en la experiencia, comotambién puede hacerse a partir de los requi-sitos planteados (14) y apoyarse en la expe-

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Tabla 4. Estimación del costo inversión para las alternativas tecnológicas con el diseño de control automático y sin el diseño.

No. Componentes Costo ($) para la TSC Costo ($) para la TC Alternativa 1* Alternativa 1a** Alternativa 2* Alternativa 2a**

1 Equipamiento 7 478 356,57 7 478 356,57 5 718 200,00 5 718 200,00 2 Instalación 2 393 074,10 2 393 074,10 1 829 800,00 1 829 800,00 3 Instrumentación 897 402,78 13 585,97 686 180,00 7 934,06

Costo total 16 452 384,50 15 568 567,61 12 579990,00 11 901 744,06

Indicadores dinámicos económicos Precio de venta 200 $/t Precio de venta 250 $/t VAN10 ($) $6 914 233,92 7 519 810,65 15 139 780,77 15 745 357,50 TIR10 (%) 25,34 27,16 39,21 41,62 PRD10 (años) 4 - 4 3 - 3 *Alternativas que no consideran el diseño del control (4); a**Alternativas que consideran el costo de inversión real del sistema de control automático para la TSC y TC.

rimentación a pequeña escala, como el casode estudio aquí analizado. La simulación lle-vada a cabo mostró que para alcanzar elrango de temperatura a controlar en el bio-rreactor de lecho fijo, se requiere un tiempode residencia que oscila entre 8 y 14 h paradiferentes valores de flujo específico deaire. Como puede observarse en la figura 3,los mejores valores promedios de proteínaverdadera (PV) se logran con un flujo de 0,5L/(kg min), un tiempo posterior a las 10 h yen un intervalo de temperatura entre 32 y 34°C. En ambas tecnologías se hace pasar elaire por una torre de humidificación paraque a la salida contenga un 95 % de hume-dad. En el caso del biorreactor tambor rota-torio, la temperatura debe mantenerse enun rango de 35 y 38 ºC y el aire especificocon un flujo de 2 L/(kg min) con una hume-dad del 95 %. Estos valores se puedenobservar en la figura 4.

Los reactores son sensibles a las varia-

ciones del flujo específico de aire en el inter-valo investigado. Se destaca que el flujo deaire ejerce un control significativo sobre latemperatura del sólido. Este resultado essimilar con el obtenido en un sistema comoeste pero semicontinuo (15), donde se predi-ce un comportamiento favorable de la tem-peratura del sistema, que implica mejoresresultados en cuanto al crecimiento de labiomasa, a medida que se incrementa lavelocidad del aire, si este tiene humedadrelativa por encima de 90 %.

Análisis de las alternativasEn Cuba, los residuos de la industria azu-

carera se han utilizado comúnmente de formanatural o procesada en la alimentación ani-mal. Se han obtenido diferentes productosenriquecidos proteicamente por fermentaciónen estado sólido (FES), pero las tecnologíasempleadas en su producción presentan limi-taciones que han impedido su comercializa-

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Figura 4. Influencia del tiempo de residencia para el biorreactor continuo tambor rotatorio: 6h (-), 10 h (--) y 14 h (-.-), con un flujo específico de aire de 2 L/(kg min). Flujos a contraco-rriente adaptados (5).

Figura 3. Sensibilidad del sistema ante las variaciones de tiempo de residencia y flujo espe-cífico de aire para la T.S.C adaptado (5).

ción. Durante el diseño de plantas para deter-minar el valor de la inversión, se estima elvalor de la instrumentación y control a partirde un porcentaje del costo de adquisición delequipamiento. Es conveniente calcularlo,para que sea lo más real y exacto posible. Enel estudio de caso presentado, se disminuyeconsiderablemente esta partida y, por consi-guiente, el costo total de la inversión.

Como se ha planteado, la TC es la alter-nativa tecnológica más factible desde elpunto de vista económico, se necesitaninvertir $12 579 990,00. Sin embargo, aldiseñar y calcular de forma real esta partida,se reduce el costo de inversión en un 5,39 %.Esto se debe a que los cálculos realizados entrabajos previos (7) asumieron un 50 % delrango destinado al costo de adquisición delequipamiento de control (4). Al realizarse eldiseño del sistema de control se mejoró laprecisión, ya que fue posible tener en cuentael costo de adquisición de cada uno de losequipos.

Como se comentó anteriormente, el pro-cedimiento planteado en este artículo seintegra con el procedimiento base, por loque los pasos siguientes al módulo de con-trol permiten identificar la mejor alternativadesde el punto de vista técnico, económicoy medioambiental. Al agregar el módulo decontrol automático, la planta puede conside-rarse segura, capaz de optimizar el desem-peño de los procesos químicos que segeneran en la planta de enriquecimientoproteico. El PRD de la TSC (4 años) es lige-ramente superior a la TC (3 años). Estopuede deberse a que la inversión es alta ylos precios son bajos. En la toma de deci-siones, para este estudio de caso, debetenerse en cuenta que es un producto dealto valor proteico (5) que utiliza residuosagroindustriales y que tiene gran demandaen el territorio. La existencia de equipamien-to disponible permite que se pueda reutilizary asimilar la tecnología a un menor costo deinversión, la existencia de materias primaslocales que estabilizarían el suministro ydisminuirían las importaciones. Todo estodisminuye los costos de producción y garan-tiza la seguridad alimentaría sin dependerde productos importados.

Se demuestra que el diseño de controlautomático de procesos disminuye el costototal de inversión y asegura una alta eficien-cia y calidad del producto (16).

CONCLUSIONES

El control automático que requiere unproceso puede integrarse con las tareas deldiseño de una planta química, a través delprocedimiento aquí planteado. El diseño dela controlabilidad del proceso siguiendo losseis pasos del procedimiento, permite dispo-ner del costo de inversión real, lo cual incideen la toma de decisión final. Este diseñocorrobora lo planteado sobre su influenciaen la disminución del costo total de inversióny aseguramiento de una alta eficiencia y cali-dad del producto. Las alternativas tecnológi-cas que se diseñen pueden ser comparadasy así tener elementos para seleccionar aque-lla que presente mejores indicadores técni-co-económicos y que garantice la compatibi-lidad con el medio ambiente y la seguridadde la planta.

En el caso específico de la planta deBagamés, la tecnología continúa con el sis-tema de control automático del proceso y sepresenta como la mejor alternativa desde elpunto de vista técnico, económico ymedioambiental. También es una plantasegura, ya que el diseño de su sistema decontrol se enfocó a optimizar el desempeñode los procesos químicos que se generan enla planta de enriquecimiento proteico.

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Eduardo Lorenzo Ramos-Suárez1, Susana Ravelo-Bravo1, Yusnel Cutiño-Tejeda2

1.Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA)Vía Blanca 804 y Carretera Central, La Habana, Cuba

2.ETICA Güiro Marrero, Pablo Noriega, Quivicán, Mayabeque, Cubalorenzoe27@yahoo.com

RESUMEN

Durante los estudios realizados para determinar la capacidad de formación de oligosacá-ridos, de un total de 92 variedades de caña, se pudo demostrar que entre las 14 más pro-pensas a formar oligosacáridos, nueve eran capaces de formar la trehalosa, un oligosa-cárido asociado a la resistencia de la gramínea entre el corte y el retoño. Se estudia lacapacidad de las enzimas de la caña para transformar diversos azúcares, la mayoría nor-malmente presentes en sus jugos, en el oligosacárido trehalosa, azúcar que le puede ofre-cer a la caña la protección necesaria luego del corte. Con este propósito, se ha usado elsoporte cromatográfico HYDROMAG, el que permite el aislamiento y la determinación delos oligosacáridos presentes en los jugos de caña sin la interferencia de la sacarosa y losmonosacáridos. Los resultados de estos estudios permiten proponer la incorporacióncomo criterio de selección de variedades, su capacidad de producir trehalosa, de manerade elegir las más resistentes luego del corte.

Palabras clave: trehalosa, caña, variedades, HYDROMAG, AIS.

ABSTRACT

During this research work, carry out with the propose of find out the formation of oligosac-charides in 92 cane varieties, it was possible to demonstrate that 14 of them have an unu-sual capacity to form this sugars, even more it was assessed that 9 of them were able toform the oligosaccharide trehalose, that is to say an especial one, that is able to improvethe cane resistance during the period between the cutting and the sprouting. In this workthe capacity of sugarcane enzymes for transforming the different sugars present in its jui-ces in trehalose is studied. With this purpose the chromatographic media known asHYDROMAG has been used, media that allow the isolation and determination of the oli-gosaccharides present in cane juices without any interference of sucrose or any mono-saccharide present in juices.The result obtained allowed propose the cane juices trehalose concentration level as asugarcane variety selection criteria that allow select those ones more resistant after cut-ting.

Keywords: trehalose, cane, varieties, HYDROMAG, SAS.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2013, vol. 47, no. 2 (mayo-agosto), pp. 52-58

La trehalosa. Parte III. Un oligosacárido asociado a la resistencia de la caña luego del corte

INTRODUCCIÓN

Las transformaciones de la caña despuésdel corte han resultado ser uno de los factoresque tradicionalmente han conspirado contrala producción eficiente de azúcar. Esta pro-blemática incluso se agudizó con la incorpo-ración de nuevas variedades de caña (1).Generalmente, se ha aceptado que los micro-organismos constituyen uno de los factoresdominantes que determinan las pérdidas desacarosa y formación de impurezas, especial-mente las dextranas, las que de una u otraforma hacen menos eficiente la fábrica deazúcar (2). Se informan fenómenos indesea-bles como: el aumento de la viscosidad de losproductos intermedios y finales de la fábrica,la reducción de la velocidad de cristalizaciónde la sacarosa, la disminución de la capaci-dad de la fábrica, la producción de azúcarescrudos más coloreados y graves deformacio-nes en el hábito de los cristales (3, 4).

No obstante, un estudio más detalladodel peso de los procesos enzimáticos queocurren en la caña luego del corte hademostrado, por otra parte, que en sus jugosactúan enzimas (transferasas) con capaci-dad de formar diversos oligosacáridos a par-tir de la sacarosa (5), o de hidrolizarla (hidro-lasas) y, además, polimerasas capaces deconvertir a los monosacáridos en polímerosparecidos a las dextranas. Estudios recien-tes muestran que los azúcares formados porestas enzimas, en especial los llamados AIS(Azúcares -de bajo peso molecular- queImpurifican la Sacarosa), son capaces dealterar la morfología del cristal de sacarosa,para dar lugar a la aparición del conocido"cristal aguja". Entre los azúcares detecta-dos se hallaron la D-xilosa, la lactosacaro-sa, la rafinosa y la 1-kestosa. Se demostróque los dos primeros azúcares son losmayormente responsables de la deforma-ción de los cristales de azúcar en las fábri-cas de nuestro país (4, 5).

Según recientes investigaciones, la velo-cidad de formación de AIS, luego del corte deuna variedad dada de caña, o la Velocidad deAutodegradación de la Caña (VAC), a travésde la conversión por su sistema enzimáticode la sacarosa, presente en sus jugos enotros azúcares o AIS, es proporcional a suconcentración inicial en sus jugos, AISo, en elmomento del corte (VAC = 0,8 AISo + 1). Sehalló que la concentración de AISo debe

estar normalmente por debajo de 1 % Bx yresultan "peligrosas" las variedades queposean valores superiores a este índice. Estaafirmación se basa en la alta velocidad deconversión de la sacarosa en AIS que se pro-duciría durante el período entre el corte y lamolida de observarse valores superiores deAIS en los jugos de caña en el momento delcorte, y también por la influencia negativa delos azúcares que se forman en la caña sobreel proceso de fabricación de azúcar.

No obstante, no solo el nivel de AIS debedeterminar la selección o no de una variedadpara la producción de azúcar. Es necesario,además, tener en cuenta qué azúcares seforman, dado que se ha determinado que laD-Xilosa y la lactosacarosa resultan espe-cialmente perjudiciales para el proceso deproducción de azúcar.

En la primera parte de estos estudios sepudo demostrar que la trehalosa es uno delos oligosacáridos que se acumula luego delcorte de la caña (6, 7, 8). En una segundaparte se pudo determinar que la trehalosa seformaba en 6 variedades de un total de 11estudiadas (6,7). En general, hoy se sabeque entre las 14 variedades más autodegra-dables detectadas entre las 92 estudiadas, 9forman trehalosa. No obstante, al estudiarsela influencia de los oligosacáridos de la cañasobre el hábito del cristal de sacarosa, seobservó que el componente aislado (convolumen de elusión correspondiente a la tre-halosa) no alteraba prácticamente el hábitodel cristal de sacarosa (6, 7). En el presentetrabajo se muestran los azúcares halladosen los jugos de las variedades más propen-sas a autodegradarse.

Como se conoce, la trehalosa es el únicoazúcar capaz de proteger las biomoléculasdel estrés ambiental. Este disacárido estáampliamente distribuido en la naturaleza yes estable, inodoro y no-reductor. La trehalo-sa ha demostrado ser un estabilizador deenzimas, proteínas, biomasas, preparacio-nes farmacéuticas y órganos para el trans-plante. La trehalosa se ha aprobado comoun aditivo alimenticio en Europa y losEstados Unidos (9).

La presencia de la trehalosa en la caña ysu formación entre el corte y el retoño de laplanta puede asociarse, en primera aproxi-mación, a mecanismos de defensa de laplanta. En este trabajo se estudia la capaci-dad del sistema enzimático de la caña de

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transformar diversos sustratos, presentes ensus jugos, en trehalosa.

MATERIALES Y METODOS

Los experimentos se realizaron usandocañas frescas de varias variedades que mos-traban una alta tendencia a autodegradarseluego del corte (10). Las cañas se cortaronmanualmente en los campos aledaños alcentral “Fajardo”, Mayabeque, Cuba, las quese desfibraron y prensaron inmediatamente.

La separación cromatográfica de los azú-cares se realizó usando una columna dehidroxiapatita esférica con un tamaño departícula de 50-60 micras (11, 12). El mate-rial disperso en alcohol al 85 % se empleó enla preparación de una columna semi-prepa-rativa de 2,5 x 12 cm, con una capacidadmáxima de 30 mg de oligosacáridos.

Para determinar la concentración de oli-gosacáridos en las muestras se empleó lacolumna anterior, siguiendo la metodologíaya reportada (12). La separación y cuantifi-cación de los oligosacáridos presentes enlos jugos se realizó empleando un gradientealcohólico lineal de: de 90 a 30 % en un volu-men total de 500 cm3, usando una velocidadde flujo de 4 cm3/min. En todos los casos, seempleó el método colorimétrico que usa la mez-cla antrona-sulfúrico para la detección y estima-ción de la concentración de los oligosacáridos.

En los ensayos para valorar la capacidaddel sistema enzimático de la caña paratransformar los azúcares (los monosacári-dos y la propia sacarosa), en la mezcla deoligosacárido que se observa en sus jugosluego del corte, se utilizaron columnas devarias dimensiones (25 x 2,5 cm., 45 x 5 cm.)rellenas con bagazo, las que fueron tratadasconvenientemente para que retuvieran lasenzimas. A través de las columnas se pasa-ron, con la ayuda de una bomba peristálticaen ciclo cerrado y por diferentes períodos detiempo (1 a 6 días), siropes de diferentesazúcares (sacarosa, maltosa, glucosa) a pHque se fijaron entre 4 y 7, y a temperaturaque oscilaron entre 40 y 70 °C.

RESULTADOS Y DISCUSION

La trehalosa, α-D-glucopiranosil α-D-glu-copiranósido, es un oligosacárido no reduc-

tor constituido por dos unidades de glucosaunidas por un enlace: α (1 1). Es particu-larmente estable al calentamiento y al medioácido. Se ha aislado en más de 80 especies,que incluyen plantas, algas, hongos, levadu-ras, bacteria, insectos, y otros invertebrados.La trehalosa se sintetiza en un proceso dedos etapas por las enzimas trehalosa 6-fos-fato sintasa, TPS, y trehalosa 6-fosfato fos-fatasa, TPP, y es degradada por la trehalasa.

En la actualidad, aún no se entiende acabalidad el proceso de regulación de la acu-mulación de sacarosa en los organismos. Noobstante, se ha implicado en el proceso deregulación del flujo de carbono en bacterias,hongos y recientemente en las plantas, avarios componentes del metabolismo de latrehalosa. En general, se han propuesto dis-tintas funciones de la presencia de trehalosa:como fuente de carbono, como agente pro-tector del estrés (por ejemplo sequías, salini-dad del suelo y estrés oxidativo), y como unamolécula señal o reguladora del metabolismoy el crecimiento de la planta.

De igual forma, también a su derivadofosfatado en posición 6 se le atribuyen pro-piedades reguladoras de la distribución delcarbono. Aunque no parece estar vinculadadirectamente la trehalosa a la acumulaciónde sacarosa, pueden estar asociados el 6-fosfato de trehalosa o las enzimas del meta-bolismo de esta.

Recientemente, en cinco variedades decaña de azúcar se han hallado niveles detrehalosa en los entrenudos que varían entre10-4-10-3 mg/gramo de materia fresca, nive-les de concentración que no permiten consi-derar a la trehalosa como fuente de carbonoo como un agente protector del estrés (8).

Se ha tratado de incrementar el contenidode trehalosa en varias plantas como son elarroz y la caña de azúcar. Por ejemplo, en elarroz trangénico (logrado expresando genesde fusión de E. coli, TPS y TPP) se acumulatrehalosa hasta 1 mg/g de su peso fresco. Enla caña se ha logrado, recientemente, intro-ducir el gen de la Grifola frondosa trehalosasintasa; la planta transgénica acumula hasta8,805-12,863 mg/g de peso fresco (7-10 %de los sólidos en el jugo), lo cual es notablesi se compara con las cantidades práctica-mente indetectables en la caña no trangéni-ca. La caña trangénica obtenida mostró altaresistencia a la sequía, sin alterar sus índicesfisiológicos. No obstante, se desconoce la

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razón del aumento de tolerancia de estaslíneas trangénicas en las que se logra unamayor presencia del disacárido.

Por otra parte, hoy conocemos que lacaña luego del corte aumenta su capacidadde formación de diversos oligosacáridos. Sepuede expresar esta tendencia por el nivelde oligosacáridos en sus jugos, (AISo), en elmomento de su madurez o corte.Normalmente el nivel de AISo en las varie-dades de caña oscila alrededor de 1 % p/pde los sólidos en el jugo, valores mayores(que pueden alcanzar el 10 % de los sólidos)indican una tendencia especial de la varie-dad de caña a "autodegradarse" o a formardiferentes oligosacáridos a partir de la saca-rosa (hasta un 20 % de los sólidos). Estosazúcares, en general, resultan perjudiciales(10, 13) para el proceso de fabricación deazúcar. No obstante, al estudiarse la influen-cia de los oligosacáridos de la caña sobre elhábito del cristal de sacarosa se observóque el componente aislado (con volumen de

elusión correspondiente a la trehalosa) noalteraba prácticamente el hábito del cristalde sacarosa (6, 7).

La posibilidad de que la caña forme tre-halosa luego del corte en cantidades apre-ciables, como un mecanismo de respuestaal estrés durante la etapa de siembra y reto-ño, resulta atractivo tanto desde el punto devista fisiológico como industrial. En elsegundo caso, incorporaría un constituyen-te interesante en las mezclas de oligosacá-ridos producidos a partir de la caña, dadaslas propiedades que este azúcar agrega alos alimentos. La trehalosa al ingerirse sehidroliza a glucosa adsorbiéndose en elintestino delgado. Este azúcar protege ypreserva las estructuras de las células enlos alimentos y ayuda en el proceso de con-gelación y masticado de muchos productosalimenticios, ya que asiste en el manteni-miento de la textura deseada en ellos. Estambién estable al calor y no participa en lareacción Maillard.

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Tabla 1. Composición de los AISo de 14 variedades de caña que resultaron formadoras de oligosacáridos, entre las 92 estudiadas

VARIEDAD Trehalosa

(**) 160 cm3

Isómero de la

kestosa (**) 366 cm3

“P”

Xilosa 140 cm3

Isómero de la

kestosa 180 cm3

“P”

Rafinosa 240 cm3

“P”

1-kestosa 280 cm3

“P”

Lacto-sacarosa 376 cm3

“P”

1 J 60-5 1,12 - 1,12 - 0,88 1,74 1,74 2 C86-12 0,89 - 0,98 - 0,56 0,64 0,98 3 C1616-75

757777575 - 1,42 - - - 1,56 1,72

4 C636-70 1,30 - 0,65 - - 1,52 1,24 5 TY-8628 - 1,92 0,92 - - 0,98 1,98 6 C227-59 1,42 - 1,20 - - 1,32 1,42 7 J64-11 1,49 - 1,30 0,65 - 1,72 1,72 8 C128-83 1,36 1,36 - - 1,30 1,20 9 C132-81 - - - 1,60 1,10 1,40 0,24 10 C88-523 1,12 - 1,20 - - 1,40 1,48 11 C90-317 - - - 1,30 1,70 1.40 1,62 12 C88-381 0,92 - - - 0,62 0,70 - 13 C89-147 1,02 - 0,52 - 0,80 - 0,62 14 C89-148 0,58 - 0,68 - 1,1 0,72 0,62

(*) Absorbancia máxima obtenida para cada componente al separar unos 20 mg de los AIS de cada variedad de caña con HYDROMAG, usando un gradiente lineal de un 90 a un 40 % de alcohol en un volumen total de 500 cm3. Las 11 primeras variedades son cañas planta de 11-12 meses de edad, se seleccionaron entre un total de 76 estudiadas de un semillero. Las últimas 3 variedades, son 1er retoño de 12 meses, que se detectaron entre 16 seleccionadas de otro semillero. Todas fueron sembradas en terrenos ferralíticos del sur de La Habana. (**) La separación de la trehalosa y uno de los dos restantes isómeros de las kestosas (salen juntos en el gradiente 90 a 40 % entre 86-92 cm3) se realizó en una columna similar, usando un segundo gradiente de 90 a 70 % de alcohol en un volumen total de 500 cm3.

Aunque la trehalosa aparece en muybajas concentraciones, en los jugos de lacaña de azúcar, la formación de oligosacári-dos que se observa en la caña después delcorte y durante la extracción industrial de losjugos indica que se debe esperar un incre-mento de la concentración de este disacári-do (5,9). La presencia de la trehalosa entrelos oligosacáridos que forman la caña luegodel corte, aumenta el espectro de propieda-des como edulcorante de la mezcla de estosazúcares, por lo que puede resultar aún másatractiva para la industria alimentaria.

En la tabla 1 se observan los diferentesazúcares que aparecen en los jugos decañas con notable tendencia a autodegra-darse luego del corte. Entre ellos, la trehalo-sa y dos azúcares (xilosa y lactosacarosa)asociados notoriamente con la apari-ción de los cristales sacarosa alarga-dos, conocidos como aguja, durante laproducción de azúcar. En la tabla seseñalan, además, con una "P" los azú-cares que son prebióticos, es decir, quemejoran la salud del hombre.

La aparición de estos azúcares des-pués del corte de la caña y en especialla trehalosa invita a explorar las posibi-lidades que brindan las enzimas de lacaña para transformar los azúcares presen-tes en sus jugos en este valioso disacárido.

Para ello se utilizaron dos columnasrellenas con bagazo de dimensiones distin-tas, que poseían camisetas para controlar latemperatura por circulación de agua.

En la tabla 2 se aprecia la cinética de for-mación del oligosacárido al pasar un siropede sacarosa al 50 % a una temperatura de40 °C y pH 4,5 por dos columnas de bagazo,una que retenía las enzimas de la variedadBa 77-418 y la otra de la CP 52-43. Es evi-dente que la máxima formación de oligosa-cáridos en ambos casos se logra a las 96horas.

En la tabla 3 se constata la formación deloligosacárido que se logra a diferentes tempe-raturas al pasar por una columna de bagazoun sirope de sacarosa a pH 4,5 durante 96 h,tiempo y pH que coincide con los obtenidosen corridas anteriores. Como se aprecia, atemperaturas alrededor de 40 °C se logranlas mayores formaciones de oligosacáridos.

En la tabla 4, en similares condiciones, sepasan por una columna de 2,5 x 25 cm. siro-pes de sacarosa o glucosa ambos al 50 %.

Como se puede apreciar, se forma mayorporciento de trehalosa al utilizar glucosa ymenor o igual concentración de los otrosazúcares. Este resultado evidencia que elsuministro de glucosa favorece la formaciónde trehalosa, disacárido constituido por dosmoléculas glucosas: α-D-glucopiranosil, α-D-glucopiranósido. Incluso el uso de un disa-cárido reductor formado por glucosa, comoes la maltosa, se pudo apreciar que no eleva

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Tabla 2. Cinética de formación del oligosacárido en dos variedades

Tiempo horas BA 77-418 CP 52-43

Oligosacáridos % Bx 0 1 1

24 2,08 1,53 48 3,05 2,71 72 3,96 4,10 96 4,77 5,28 120 3,80 2,59

Columna de bagazo (2,5 x 25 cm.), sirope de sacarosa 50 %, tratamiento a 40 oC, pH 4,5. Se reporta el aumento relativo de la concentración de oligosacárido con relación al contenido inicial en el sirope que eluye de la columna.

Tabla 3. Efecto de la temperatura en la formación de oligosacáridos a partir de sacarosa

Temperatura oC 70 50 40 Ambiente Formación relativa

a 40 0C 0,69 0,97 1,0 0,95

Columna de bagazo (5x 45 cm), sacarosa al 50 %, 96 h de tratamiento a pH 4,5

Tabla 4. Formación relativa de azúcares a partir de glucosa y sacarosa Columna de bagazo (2,5 x 25 cm.), 96 h de tratamiento a siropes de glucosa o sacarosa a 50 o Bx, 40 oC y pH 4,5

Azúcar formado: Glucosa / sacarosa

Trehalosa 1,34 0,77 0,57 0,38 1,0

Xylosa Rafinosa

1- kestosa Lactosacarosa

la formación del disacárido por encima de loobservado usando glucosa. Puede observar-se la tabla 5.

En la tabla 6 se emplea un sirope forma-do por una mezcla de glucosa y maltosa. Eneste caso se observó un ligero incrementode la formación de trehalosa.

Como se aprecia en las tablas 5 y 6, adiferencia de la sacarosa, al pasar por lacolumna siropes de glucosa y maltosa indivi-dualmente o como mezcla 1:1 el máximorendimiento de trehalosa se logra a las 120horas y no a las 96.

En general, los resultados presentadosen este trabajo indican que las enzimas pre-sentes en la caña poseen la capacidad de

transformar la sacarosa, la glucosa y otrosazúcares en trehalosa, en condiciones simi-lares a las que pueden darse entre el corte yel retoño de la caña, período donde la pre-sencia de la trehalosa en sus jugos le confie-ren una mayor resistencia. Las condicionesexperimentales utilizadas en este trabajo imi-tan o reproducen las que pueden darse luegodel corte y permiten simular las transforma-ciones de los componentes de sus jugosdurante ese período, en las variedades queposeen la capacidad de formar trehalosa.

Es recomendable, según estos estudios,la selección de variedades capaces de acu-mular trehalosa como vía de garantizar unamayor resistencia de la caña después delcorte.

CONCLUSIONES

1. La caña de azúcar puede formar cantida-des apreciables de trehalosa entre elcorte y el retoño. Esto se evidencia alobservarse la formación de este disacári-do al poner en contacto las enzimas de lacaña con diversos azúcares normalmentepresentes en sus jugos. Por esta vía lacaña puede hacerse más resistente alestrés al que normalmente se somete,entre el momento del corte y el retoño.

2. La capacidad de formación de trehalosaen la caña debe incorporarse como un cri-terio de selección de las variedades másresistentes al estrés entre el corte y elretoño.

3. El empleo de las enzimas de la caña ofre-ce una vía prometedora para diversificarla producción de edulcorantes en laindustria azucarera cañera.

4. Las variedades de cañas propensas a for-mar varios oligosacáridos si bien nodeben emplearse para la fabricación deazúcar (sacarosa) deben ser considera-das como variedades de interés para eldesarrollo y diversificación de la industriaazucarera cañera.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Tabla 5. Cinética de formación de trehalosa

Columna de bagazo (2,5 x 25 cm), sirope de glucosa o maltosa al 50 % tratamiento a 40 oC, pH 4,5.

Tiempo (horas) Glucosa Maltosa Trehalosa % Bx 0 1,0 1,0

24 3,1 3,2 48 6,1 4,3 72 8,64 4,8 96 13,3 5,33 120 18,6 6,1 144 13,7 3,2

Tabla 6. Cinética de formación de trehalosa

Columna de bagazo (2,5 x 25 cm.), sirope de glucosa y maltosa al 50 %, (36 g de maltosa y 18 de glucosa en 54 cm3 del buffer), tratamiento a 40 oC, pH 4,5

Tiempo, h Veces que aumenta el contenido de trehalosa

0 1,0 24 4,4 48 5,9 72 7,9 96 9,1 120 11,6 144 10,3

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