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Revista de la Facultad de Agronomía
versión impresa ISSN 0378-7818
Rev. Fac. Agron. v.26 n.3 Caracas sep. 2009
Fermentación en estado sólido del desecho generado en la industria vinícola
Solid state fermentation of the wastes generated in the wine-making industry
M. Berradre1, M. Mejías2, J. Ferrer2, C. Chandler2, G. Páez2, Z. Mármol2, E. Ramones2 y V. Fernández1 1
2 Laboratorio de Tecnología de Alimentos. Facultad de Ingeniería. LUZ. Maracaibo. Venezuela.
Autor de correspondencia e-mail: jrferrer@cantv.net
Resumen
Se estudió el efecto de la aireación y el tiempo de aireación en el bioproceso semisólido de bagazo de uva sobre los parámetros indicadores de la biotransformación. El proceso se efectuó en un biorreactor cilíndrico de lecho empacado de 98 litros de capacidad de operación, conectado a un rotámetro y a un compresor para medir los flujos de aire: 30, 50, 80 y 140 L.min-1, durante los tiempos de aireación de 2 y 3 horas. El pH se mantuvo entre 7,34 y 8,41 durante el tiempo de duración del proceso. El flujo de aire y el tiempo de aireación fueron adecuados para obtener temperaturas superiores a los 52ºC. La humedad se mantuvo entre 30 y 60%. Del análisis de varianza aplicado (a=0,05), se estableció que el efecto causado por el flujo de aire sobre el contenido de nitrógeno, el contenido de carbono y la relación C/N no dependió del tiempo de aireación seleccionado. El flujo de aire empleado y los tiempos de aireación afectan el contenido de nitrógeno en el producto obtenido, no siendo así para el contenido de carbono; por otro lado, el flujo de aire empleado afectó la relación C/N, mientras que los tiempos de aireación no afectaron esta relación. Entre todos los flujos de aire y tiempos de aireación las condiciones de 50 L.min-1 y 2 horas de aireación garantizaron la obtención de un buen producto con un consumo de energía mínimo.
Palabras clave: fermentación, aireación, desecho de uva
Abstract
The ventilation effect and time in the bio-process of semi-solid grape bagasse on the indicating parameters of the biotransformation was evaluated. The process was carried out in a cylindrical packed bed batch bioreactor of 98 L of operation capacity, connected to a Rotameter and a compressor to measure the air flows: 30, 50, 80 and 140 L.min-1, during the aeration of 2 and 3 hours. The pH stayed between 7.34 and 8.41 during the process duration time. The air flow and the aeration time were adapted to obtain temperatures above 52ºC. Moisture stayed between 30 and 60%. From the variance analysis applied (a=0.05), it can be established that the effect caused by the air flow on the nitrogen content, the carbon content and C/N relationship did not depend on the aeration time selected. The air flow and the aeration times used affect the nitrogen content in the final product, contrary to the carbon content; on the other hand, the used air flow affected C/N relationship, whereas aeration times did not affect this relationship. Among all the air fluxes used, the conditions of 50 L.min-1 and 2 hours of aeration guaranteed the obtaining of a well product with minimum power consumption.
Key words: fermentation, aeration, grape bagasee.
Recibido el 4-4-2008 Aceptado el 21-4-2009
Introducción
Cada día la cantidad de desechos producto de actividades industriales aumenta en el mundo, lo que hace necesario el desarrollo de nuevas estrategias de manejo adecuadas a fin de evitar problemas de contaminación ambiental (Cegarra et al., 2006; Kulcu and Yadiz, 2004; Smidt and Lechner, 2005). Muchos de estos desechos, están constituidos por sustancias biodegradables, y pueden ser utilizados para diversos fines, mediante biotecnologías aplicadas al aprovechamiento de la biomasa y la disminución de la contaminación del medio ambiente (Sasson, 1984). En Venezuela, se producen cerca de cuatro millones de toneladas de desechos agroindustriales, procedentes de cultivos de caña de azúcar, arroz, maíz, yuca, plátano, bananos, sorgo, café y uva, lo cual crea problemas de contaminación ambiental ya que son dispuestos en el ecosistema deliberadamente, causando daños irreversibles en éste (Ferrer et al., 1997).
La biodegradación aeróbica de compuestos orgánicos, es una manera simple y eficiente de tratar desechos para ser transformados en abonos orgánicos, esta técnica se conoce como compostaje y en este proceso los microorganismos son los encargados de transformar el material en nuevos productos, siempre y cuando las condiciones de humedad y aireación se provean adecuadamente, obteniendo de esta forma un producto estable y libre de microorganismos patógenos que puede ser utilizado como acondicionador de suelos en la agricultura (Bertran et al., 2004; Cáceres et al., 2006, Kulcu and Yadiz, 2004, Zmora et al., 2007). En la obtención del producto la aireación es fundamental para que ocurra la descomposición de la materia prima por los microorganismos.
En Italia, se han llevado a cabo, diferentes tipos de compostaje utilizando desechos de tomate, residuos de corcho, cáscara de olivo y lodos de tenerías vegetales como sustrato, obteniéndose un producto final adecuado como fertilizante orgánico (De Bertoldi et al., 1982). En España el aumento de los desechos originados de la industria vitícola y aceite de oliva a llevado al desarrollo de técnicas de utilización de estos para producir compostajes que son posteriormente utilizados como abono en los suelos de cultivo (Bertran et al., 2004; Cayuela et al., 2006, Cegarra et al., 2006).
En Venezuela, la pulpa de café ha sido sometida a métodos de compostaje aeróbico, mediante convección forzada y libre, sin aditivos, obteniéndose un producto que presenta características físico-químicas adecuadas, para su uso como abono. El bagazo de uva también ha sido sometido a métodos de compostaje aeróbico, mediante el volteo de la pila de compostaje, utilizando gallinaza como aditivo (Ferrer et al., 1997).
En el presente estudio se evaluó el efecto de la aireación, en el bioreactor de lecho fijo semisólido de bagazo de uva, proveniente de la elaboración del vino, sobre los parámetros indicadores de la biotransformación: Humedad, Población Microbiana, Relación C/N, Temperatura y pH, estableciendo diversos flujos de aire y tiempos de aireación.
Materiales y métodos
Bagazo de Uva: El bagazo de uva recién prensado, fue suministrado por el Centro Vitícola, ubicado en el Km. 32 vía el Mojan, estado Zulia, Venezuela. Se transportó una cantidad de 800 kg, se secó al sol recibiendo volteos cada tres horas, finalmente, se guardó en bolsas plásticas de 50 kg hasta el momento de su uso.
Procedimiento Experimental: Se pesaron 20 kg de bagazo de uva seco en una Balanza compacta marca PCE-WS 30 y se le adicionaron 30 L de agua, para aportarle a los microorganismos la humedad adecuada para su desarrollo, la cuál está comprendida entre 30 y 60%. Posteriormente, este material se colocó en el bioreactor, que consiste en un tanque cilíndrico de acero inoxidable que posee un sistema de disposición del lecho, una cámara de aire en la parte inferior del mismo y una capacidad de operación de 98 litros. El sistema de disposición del lecho consiste en un soporte de plástico que posee una serie de orificios, que garantizan la circulación del aire uniformemente por el desecho. La aireación inducida fue provista por un compresor, el cual se conectó a un rotámetro para medir los flujos de aire.
Una vez que el equipo estaba instalado se realizaron las corridas para los flujos de aire (30, 50, 80 y 140 L.min-1) y tiempos de aireación (2 y 3 horas), midiendo a diario el pH, la humedad y la temperatura, mientras que el contenido de carbono y nitrógeno, así como el contaje de microorganismos se determinó al principio y al final del proceso. El pH inicial medido fue de 4,12. El tiempo de culminación del proceso de compostaje se estableció una vez que los valores de pH y temperatura permanecieron constantes.
Temperatura: Se realizaron mediciones con un termómetro tipo reloj con termocupla marca Thermo Electric, durante todo el proceso a profundidades intermedias de acuerdo a la masa de desecho con la que se trabajó en el bioreactor y la altura del mismo.
Carbono: El equipo utilizado fue un tren de combustión y equipo accesorio para análisis micro y semi-micro, Marca Heraeus, mediante una determinación microanalítica de carbono e hidrógeno. La determinación consistió en una combustión de la muestra a temperaturas entre 900 y 1000ºC, utilizando un flujo de oxígeno continuo, lo que favorece el arrastre de vapor de agua y CO2 producidos. La ganancia de peso, con respecto al peso inicial representa las cantidades de H2O y CO2 absorbidas durante la determinación. Las cantidades de carbono e hidrogeno presente en la muestra, se determinaron mediante la utilización de factores gravimétricos.
Nitrógeno, Humedad y pH: se determinaron respectivamente por los métodos: Microkjeldahl AOAC, 1980; Peso constante, AOAC. 1980 y mediante un potenciómetro marca HANNA Instruments 8417, a lo largo de todo el proceso (Ferrer et al., 1997).
Número de colonias de hongos y bacterias: El conteo de bacterias se realizó en agar nutritivo, y el medio de cultivo utilizado para el conteo de los hongos fue agar extracto de malta. Las temperaturas y duración de incubación fueron de: 37ºC por 24 horas y 30ºC durante 7 días; respectivamente, para bacterias y hongos. El contaje de colonias, se realizó por contaje directo placa vertida, con un contador de colonias Darkfield Québec AO American Optical (Ferrer et al., 1993). Todos los análisis se realizaron por duplicado.
Análisis Estadístico: El diseño estadístico consistió en evaluar el efecto producido por dos o más factores mediante un diseño factorial de dos factores, (flujo de aire y tiempo de aireación) y variables de respuesta (carbono, nitrógeno y relación C/N). Los efectos principales (flujo de aire y aireación) y su interacción sobre el contenido de nitrógeno, carbono y la relación C/N del abono orgánico se evalua
ron a través del análisis de varianza (a=0,05) (Montgomery, 1991; SAS, 1987). Los demás parámetros (humedad, temperatura, pH y población microbiana) no se tomaron como variables de repuesta ya que se consideran variables de control del proceso, de gran importancia ya que definen la calidad del producto obtenido como acondicionador de suelos.
Resultados y discusión
Los resultados de la caracterización química y microbiológica del desecho de uva variedad Malvasia Istria, secado al sol, se muestran en el cuadro 1. El contenido de humedad del producto seco fue del 10%, para evitar el crecimiento descontrolado de la flora microbiana. La carga microbiana inicial se observa en el cuadro 1; estos valores demuestran que el número de microorganismos presentes en el bagazo de uva es inoculo suficiente para llevar a cabo el proceso de compostaje de una forma natural (Ferrer et al., 1993).
Cuadro 1. Caracterización Química y Microbiológica del Desecho de Uva Secado al Sol.
| Parámetros del bagazo de uva | |
| pH | 4,12 |
| Humedad (%) | 10 |
| Nitrógeno (%)1 | 2,18 |
| Carbono (%)1 | 50,18 |
| Relación C/N | 23,02 |
| Contaje de hongos (UFC/mL de muestra) | 2,8x105 |
| Contaje de bacterias (UFC/mL de muestra) | 7,2x105 |
1
Peso en base secaEl contenido de humedad en la mezcla de compostaje es una variable importante para el desarrollo microbiano ya que este es el medio de transporte y disolución de los nutrientes requeridos para el desarrollo de las actividades metabólicas y fisiológicas de los microorganismos (Kulcu y Yadiz, 2004). El contenido de humedad mantenido durante el proceso de compostaje para los diferentes flujos de aire y tiempos de aireación en estudio, se mantuvo en un rango del 30 al 60%, valores adecuados para la biodegradación (Bertran et al., 2004; Li et al., 2004). Trabajos realizados por otros investigadores, con diferentes tipos de desechos y materiales orgánicos muestran valores de humedad que varían entre 22,52% al 73,56% para bagazo de uva (Botella et al., 2007; Ferrer et al., 1997), para compostaje a base de paja de trigo y agua de desecho del procesamiento del tomate (Vallini et al., 1983), y compostaje a base de raquis de uva (Bertran et al., 2004). El contenido máximo de humedad para un compostaje aeróbico satisfactorio, puede variar con los materiales usados (Bertran et al., 2004).
El pH del desecho de uva fue 4,12; valor adecuado para el desarrollo de hongos y bacterias en ambiente aeróbico en un compostaje eficiente (Parr y Wilson, 1992; Rau et al., 1989). Los resultados de pH obtenidos durante el proceso del compostaje para los flujos de aire de 30, 50, 80 y 140 L.min-1, y tiempos de aireación de 2 y 3 horas se muestran en los cuadros 2 y 3, estos resultados evidencian valores de pH ácidos para los primeros 5 a 6 días de aireación e incrementó hacia los últimos días.
Cuadro 2. Variación del pH para los flujos de aire de 30 L.min-1 y 50 L.min-1 y para los tiempos de aireación de 2 horas y 3 horas.
| Días | Valores de pH1 | |||||||
| 30 L.min-1 | 50 L.min-1 | |||||||
| 2 Hrs. | EEM2 | 3 Hrs. | EEM2 | 2 Hrs. | EEM2 | 3 Hrs. | EEM2 | |
| 1 | 4,20 | 0,087 | 4,08 | 0,040 | 4,20 | 0,326 | 4,6 | 0,0577 |
| 2 | 4,42 | 0,092 | 4,31 | 0,032 | 4,50 | 0,116 | 4,5 | 0,115 |
| 3 | 5,39 | 0,075 | 5,80 | 0,130 | 4,90 | 0,058 | 5,8 | 0,152 |
| 4 | 6,58 | 0,036 | 6,16 | 0,009 | 6,90 | 0,058 | 7,6 | 0,071 |
| 5 | 6,83 | 0,045 | 6,42 | 0,036 | 7,10 | 0,000 | 7,8 | 0,009 |
| 6 | 7,37 | 0,009 | 6,55 | 0,100 | 7,00 | 0,058 | 8 | 0,009 |
| 7 | 7,56 | 0,015 | 6,77 | 0,042 | 7,10 | 0,058 | 7,51 | 0,0115 |
| 8 | 7,78 | 0,021 | 6,80 | 0,041 | 7,310 | 0,025 | 8,3 | 0,0578 |
| 9 | 7,34 | 0,069 | 6,96 | 0,048 | 7,40 | 0,058 | 8,45 | 0,0305 |
| 10 | 7,37 | 0,058 | 7,15 | 0,039 | 7,30 | 0,015 | 8,2 | 0,0152 |
| 11 | 7,60 | 0,006 | 7,10 | 0,050 | 7,44 | 0,025 | 8,35 | 0,009 |
| 12 | 7,78 | 0,075 | 7,20 | 0,049 | 7,40 | 0,289 | 8,36 | 0,0152 |
| 13 | 7,83 | 0,040 | 7,17 | 0,015 | 8,00 | 0,129 | 8,44 | 0,0152 |
| 14 | 7,63 | 0,019 | 7,33 | 0,046 | 8,10 | 0,000 | 8,49 | 0,0231 |
| 15 | 7,72 | 0,029 | 7,34 | 0,044 | 8,13 | 0,009 | 8,41 | 0,0577 |
1Promedio de tres repeticiones, n = 3
2Error estándar de la media.
El incremento del pH puede ser responsable de pérdida de ácidos orgánicos, a través de la volatilización (altas temperaturas), y liberación de amoníaco por efecto de la descomposición microbiana (Ferrer et al., 1994). Según Bertran et al., (2004), el pH marca un importante efecto en la población microbiana. En las primeras etapas de compostaje el pH es acido a causa de la producción de ácidos orgánicos, pero después el pH aumenta resultado de la descomposición de las proteínas proceso en el cual se libera amonio. El comportamiento del pH observado en este estudio ha sido publicado por otros investigadores usando diferentes sustratos en el proceso. Vallini et al., (2007), reportaron características de diversos abonos, entre los cuales se encuentran el elaborado a base de paja de trigo y de agua de desecho del procesamiento del tomate, para el cual se obtuvo un pH final de 7,7, y otro a base de cáscara de oliva con un pH final de 6,5 a 7. Ambos abonos fueron realizados con aireación por volteo de las pilas. Ferrer et al., (1997) reportaron un valor de pH final para un abono elaborado a base de bagazo de uva de 7,94, realizado por el método del volteo de la pila y para la pulpa de café (Ferrer et al., 1994) de 9,4 mediante convección forzada y de 9,6 mediante convección libre.
En los cuadros 4 y 5, se muestra el contaje de hongos y bacterias para los diferentes flujos de aire y tiempos de aireación al final del proceso. El conteo microbiano (UFC) fue menor finalizado el compostaje. Esta observación es común y puede ser causado por factores bióticos (actividad de protozoarios en el desecho) o factores abióticos como la irradiación UV (Li et al., 2004). En todos los casos, se alcanzaron los intervalos de pH adecuados para el desarrollo de los microorganismos aeróbicos encargados de la biodegradación, siendo el pH óptimo para los hongos entre 5-8 y para las bacterias entre 6-7,5.
Cuadro 4. Contaje de Hongos (UFM1.mL-1 muestra) al final del Proceso de Compostaje.
| Flujos de Aireación (L.min-1) | UFM para 2 horas de aireación2 | EEM3 | UFM para 3 horas de aireación2 | EEM3 |
| 30 | 20x106 | 1x106 | 1,86x105 | 6,4x106 |
| 50 | 7,5x106 | 7x106 | 1,21x105 | 6,4x106 |
| 80 | 13,5x106 | 1,5x106 | 1,78x105 | 7x105 |
| 140 | 15x106 | 5x105 | 8,9x106 | 3x105 |
1
Unidades Formadoras de Colonias; 2Promedio de dos repeticiones; 3Error estándar de la media.Cuadro 5. Contaje de Bacterias (UFM1.mL-1 muestra) al final del Proceso de Compostaje.
| Flujos de Aireación (L.min-1) | UFM para 2 horas de aireación2 | EEM3 | UFM para 3 horas de aireación2 | EEM3 |
| 30 | 6,8x105 | 12,99x106 | 24x106 | 1x106 |
| 50 | 1,9x105 | 4x106 | 28,3x106 | 6,3x106 |
| 80 | 4,0x105 | 5x106 | 25x106 | 4x105 |
| 140 | 6,5x105 | 5x105 | 22x106 | 6x105 |
1
Unidades Formadoras de Colonias; 2Promedio de dos repeticiones; 3Error estándar de la media.El conteo microbiológico del material compostado indica que la población heterogénea de microorganismos, se encuentra en su forma de resistencia a condiciones drásticas de falta de sustrato (Botella et al., 2007).
En los cuadros 6 y 7 se presenta el parámetro temperatura, el cual experimentó un incremento desde la temperatura inicial entre 23ºC y 27ºC, hasta valores máximos de 37,6ºC a 52ºC, para luego descender a valores comprendidos entre 25ºC y 35ºC, manteniéndose aproximadamente constante hasta el final del proceso. Estas temperaturas se encuentran en el intervalo de temperaturas óptimas de 45-55ºC señalado por Cayuela et al., (2006). El incremento de temperatura es un indicador del desarrollo de un actividad microbiana (Cayuela et al., 2006; Kulcu y Yadiz, 2004) en un proceso aeróbico y esta determinado por el calor de reacción involucrado en las reacciones bioquímicas que se llevan a cabo (Rau et al., 1989, Slobodanka et al., 1991, Stredansky y Conti, 1999; Smidt y Lechner, 2005). Las altas temperaturas obtenidas durante el proceso de compostaje para los diferentes flujos de aire reducen el riesgo de crecimiento microbiano patógeno (Smidt y Lechner, 2005).
Se consideran óptimas las temperaturas del intervalo de 35 a 55ºC para conseguir la eliminación de patógenos, parásitos y semillas de mala hierba. Vlyssides et al., (1996) reportaron valores de temperatura comprendidos entre 45ºC y 65ºC para el compostaje de residuos sólidos y aceite de oliva. Ferrer et al., (1994) durante el compostaje de desechos de uva,publican incrementos de temperaturas hasta 54,7ºC y el mantenimiento de temperaturas por encima de 40ºC durante 25 días de procesamiento. En este estudio se evidenció que el incremento del flujo de aire no permitió alcanzar las temperaturas más elevadas en el material, pero si se garantizó la seguridad microbiológica del abono orgánico para su posterior aplicación.
El contenido del nitrógeno al inicio del compostaje fue de 2,18 aumentando al final del proceso hasta valores comprendidos entre 2,58 y 3,43, para los diferentes flujos de aire y tiempos de aireación establecidos. Este aumento se debe al uso del nitrógeno por los microorganismos para sintetizar el protoplasma celular, y al morir incrementa la concentración de nitrógeno reciclado durante el proceso, de esta manera se logra la conservación de nutrientes y fertilizantes en el compost final (Ferrer et al., 1993). Cayuela et al., (2006) señala que las perdidas por volatilización de N como NH3 son comunes cuando las temperaturas de compostaje son muy elevadas (mayores a 90ºC) así mismo los pH muy alcalinos (de 7 a 9) pueden inducir estas perdidas. En este estudio las temperaturas no fueron demasiado altas como para provocar la volatilización del nitrógeno, adicionalmente estudios recientes (Kulcu y Yadiz, 2004; Li et al., 2004) indican que una estrategia útil para controlar estas pérdidas es mantener la acidez del medio durante el compostaje.
El análisis de varianza aplicado a los resultados del contenido de nitrógeno, se presenta en el cuadro 8; se observó que son significativos los efectos principales del tipo de flujo de aire empleado y de los tiempos de aireación sobre el contenido de nitrógeno en el compost obtenido, además, de este análisis se concluye que no existió interacción entre el flujo de aire y los tiempos de aireación.
Debido a que resultaron significativos los efectos causados por el flujo de aire y el tiempo de aireación por sí solos sobre el contenido de nitrógeno, fue de interés llevar a cabo comparaciones individuales entre las medias de un renglón para descubrir diferencias especificas mediante la aplicación de la prueba de intervalos múltiples de Duncan (Montgomery, 1991), los resultados obtenidos cuadro 9 revelaron que para el tiempo de aireación fijado en dos horas hubo diferencia significativa en el contenido de nitrógeno al variar el flujo de aire, sin embargo, esto no ocurrió entre los flujos de 50 L.min-1 y 140 L.min-1. Al realizar la comparación del contenido de nitrógeno para los diferentes flujos de aire y tiempo de aireación fijado en tres horas se observó el mismo comportamiento.
El ensayo de Duncan fue realizado también fijando cada flujo de aire y comparando el contenido de nitrógeno obtenido para el tiempo de 2 y 3 horas, donde sólo hubo un efecto significativo causado por los tiempos de aireación sobre el contenido de nitrógeno, para el flujo de 80 L.min-1 fijado.
En cuanto a los niveles de nitrógeno alcanzados, puede apreciarse en el cuadro 9 que los más elevados corresponden a los flujos de 50 y 140 L.min-1, pero como no hay diferencia significativa en el contenido de nitrógeno correspondiente a estos dos flujos, al momento de seleccionar el más conveniente para llevar a cabo un proceso de compostaje bajo las condiciones específicas señaladas en este estudio, se seleccionaría el de 50 L.min-1. Del mismo modo, al fijar el flujo de 50 L.min-1, no existieron diferencias significativas en el contenido de nitrógeno para los tiempos de 2 y 3 horas, resultando más conveniente la selección del tiempo de aireación de 2 horas, ya que implica menor tiempo de funcionamiento del compresor, y por consiguiente, menos gasto de energía.
Ferrer et al., (1997), obtuvieron valores de contenido de nitrógeno en compostaje de pulpa de café de 2,99 mediante convección forzada (removida) y de 3,23 mediante convección libre (aireada); estos valores fueron considerados ideales para el uso del material compostado como acondicionador de suelos de cultivo. Zmora et al., (2007) indican un 2,72% de N en compostaje realizado principalmente con orujo de uvas. Inbar et al., (1991), obtuvieron valores del contenido de nitrógeno en compostaje de desechos de uva mediante el método de corridas de aire (Windrow), de 3,4% al principio y del 4,2% al final de proceso. Vallini et al., (1983), publicaron valores del contenido de nitrógeno en el abono orgánico a base de mezcla de paja de trigo y agua de desecho del procesamiento de tomate de 1,5% al final del proceso y también en el abono realizado a base de cáscara de oliva con un valor inicial de comprendido entre 1,2% y 1,5% y en el abono final del 2% al 2,5%. Lawson y Kelling, (1998), obtuvieron valores de nitrógeno en el abono obtenido, realizado a base de carcasa de aves en condiciones aeróbicas de 2,32%. Zaccheo y Genevini, (1993), encontraron un contenido de nitrógeno de 2,52% para un abono a base de paja de centeno realizado en condiciones aeróbicas. Gigliotti et al., (1997), obtuvieron un contenido de nitrógeno de 1,9% en un abono elaborado con desecho de basura municipal en condiciones aeróbicas. Los valores de contenido de nitrógeno obtenidos en este estudio son adecuados para la obtención de un abono de buena calidad.
El contenido de carbono al inicio fue de 50,18%, disminuyendo al final del proceso hasta valores comprendidos entre 40,56% y 47,29%, para los diferentes flujos de aire y tiempos de aireación establecidos. Estos valores son similares a los indicados por Zmora et al., (2007) quienes señalan un contenido promedio de 42,2% para compostaje realizado principalmente de orujo de uvas que se observan en el cuadro 10. La disminución del contenido de C esta asociado al proceso de degradación que sufre el carbono durante el compostaje; según Trois y Polster (2007) durante el compostaje una parte del carbono se degrada biológicamente produciendo CO2 que se desprende y es usado por los microorganismos para su crecimiento. Por otro lado Cayuela et al., (2006) indican que se produce una disminución de hasta un 40% del contenido inicial de nitrógeno cuando el compostaje se realiza por aireación forzada lo cual se relaciona con la degradación orgánica que ocurre durante el compostaje.
El análisis de varianza aplicado a los resultados del contenido de carbono, se presentan en el cuadro 11; se observó que no son significativos los efectos principales del tipo de flujo empleado y de los tiempos de aireación sobre el contenido de carbono en el abono orgánico obtenido, además, de este análisis se concluye que no existió interacción entre el flujo de aire y los tiempos de aireación.
Zaccheo y Genevini, (2007), obtuvieron un valor de contenido de carbono cuadro 11 para un abono orgánico a base de paja de centeno igual a 36,50%.; Zmora et al., (2007) indican un valor promedio de carbono igual a 42,2% para abonos obtenidos de orujo de uvas como componente mayoritario. Lawson y Kelling, (1991), encontraron un contenido de carbono para un abono orgánico a base de carcasa de aves de 51,6%. Ferrer et al., (1997), publicaron valores de carbono para un abono orgánico a base de bagazo de uva mediante aireación por volteo de la pila de 37,72%, también señalaron valores de contenido de carbono para el abono orgánico de pulpa de café (Ferrer et al., 1994) de 26,4% (convección mecánica) y de 31,10% (convección libre).
Los resultados de contenido de carbono (cuadro 10), se encuentran dentro de los valores de carbono publicados en los compostajes correspondientes a estos casos citados (26,4% - 51,6%), las diferencias observadas están relacionadas con la composición de origen del compostaje estudiado, ya que tanto el origen y composición de los ingredientes usados en su realización determinan su calidad fisicoquímica (Zmora et al., 2007)
La relación C/N inicial, fue de 23,02, disminuyendo al final del proceso hasta valores comprendidos entre 13,13 y 17,03, esto se debe al descenso del porcentaje de carbono y al incremento del porcentaje de nitrógeno a lo largo del proceso cuadro 12.
El análisis de varianza aplicado a los resultados de la relación C/N, se presenta en el cuadro 13; donde se observó que fue significativo el efecto principal del tipo de flujo de aire sobre la relación C/N del abono orgánico obtenido, sin embargo, no fue significativo el efecto del tiempo de aireación sobre esta relación. Además, se infirió que no existe interacción entre el flujo de aire y los tiempos de aireación dos horas y tres horas sobre el contenido de carbono, por lo que al momento de seleccionar el tiempo de aireación, para llevar a cabo un proceso de compostaje bajo las condiciones especificadas en este estudio, se selecciona el tiempo de aireación de dos horas, por implicar menor tiempo en el funcionamiento del compresor y por ende menos gasto de energía. Como no existió diferencia significativa en la relación C/N al variar de 50 L.min-1 a 140 L.min-1, para el tiempo de dos horas y tres horas sobre el contenido de carbono, por lo que al momento de seleccionar el tiempo de aireación, para llevar a cabo un proceso de compostaje bajo las condiciones especificadas en este estudio, se selecciona el tiempo de aireación de dos horas, por implicar menor tiempo en el funcionamiento del compresor y por ende menos gasto de energía. Como no existió diferencia significativa en la relación C/N al variar de 50 L.min-1 a 140 L.min-1, para el tiempo de dos horas fijado, al momento de seleccionar el flujo de aire más conveniente para llevar a cabo el proceso de compostaje, se seleccionaría el flujo de aire de 50 L.min-1. ç
Inbar et al., (1991), obtuvieron una relación C/N de 25,8 al principio y de 19,9 al final para el compostaje de desechos de uva mediante el método de corridas de aire. Vallini et al., (1983), encontraron una relación C/N de 13,7 para el abono orgánico a base de paja de trigo y agua de desecho del procesamiento de tomate y una relación de 20,23 para el abono orgánico a base de cáscara de oliva. Zmora et al., (2007) indican valores de promedios C/N iguales al 5,6 para abonos realizados con de orujo de uva como componente principal. Zaccheo y Genevini, (1993), obtuvieron una relación de C/N de 14,48 en el abono orgánico elaborado a base de basura municipal en condiciones aeróbicas. Gigliotti et al., (1997), indicaron una relación C/N de 14,4 para el abono orgánico a base de basura municipal en condiciones aeróbicas.
Conclusiones
El flujo de aire empleado y los tiempos de aireación afectan el contenido de nitrógeno en el abono orgánico obtenido, sin embargo, el efecto causado por el flujo de aire sobre el contenido de nitrógeno no dependió del tiempo de aireación seleccionado.
El flujo de aire empleado afectó la relación C/N en el abono orgánico obtenido, no siendo así el tiempo de aireación sobre la relación C/N, sin embargo, el efecto causado por el flujo de aire sobre la relación C/N no dependió del tiempo de aireación seleccionado.
Entre los flujos de aire y los tiempos de aireación, las condiciones de 50 L.min-1 y tiempo de aireación de 2 horas, garantizan la obtención de un buen abono orgánico con un mínimo de gasto de energía.
Recomendación
Realizar el proceso de fermentación a 50 L.min-1 con el fin de corroborar la reproducibilidad de los resultados.
Agradecimiento
El financiamiento de esta investigación por el Consejo de Desarrollo Científico y Humanístico (CONDES), de la Universidad del Zulia, permitió su realización.
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