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Resumen      2                                    CAPÍTULO I                                 Introducción GeneralComo resu...
Resumen     3Tradicionalmente las alternativas ecológicas para la utilización de los efluentesanaerobios porcinos han esta...
Resumen     4Novedades Científicas Se contribuye a la caracterización de los lodos anaerobios porcinos que contempla porpr...
Resumen     5                                  CAPÍTULO III    Caracterización del efluente de un digestor anaerobio de ex...
Resumen     6Análisis de componentes de interés en la alimentación animal.El análisis de nitrógeno amoniacal (N-NH3) se hi...
Resumen     7Durante todo el período experimental, la eficiencia, el rendimiento, la productividad y laconcentración de me...
Resumen       8Tabla 3: Porcentaje de aminoácidos individuales con respecto a la cantidad total de          aminoácidos en...
Resumen     9Tabla 4: Caracterización bromatológica del efluente anaerobio.     Indicadores           U. medida     Valor ...
Resumen 10Tabla 6: Extracción de Componentes Principales.   Componentes                                    Varianza       ...
Resumen 11                                   CAPÍTULO IV        Procedimiento para incrementar el valor nutritivo del eflu...
Resumen 12Experimento No. 2: Fermentación del lodo sedimentado a diferentes concentraciones de                   inóculo y...
Resumen 13Experimento No. 3: Fermentación del lodo sedimentado a diferentes velocidades de                   dilución.El e...
Resumen 14Experimento No. 4: Fermentación del lodo sedimentado en un reactor de 200 L.Se realizaron 20 corridas experiment...
Resumen 15cuando la temperatura se aumentó a 70°C. Durante el desarrollo de los experimentos seconstató, que en las primer...
Resumen 16Experimento No. 2: Fermentación del lodo sedimentado a diferentes concentraciones                   de inóculo y...
Resumen 17Como se observa (Tabla 11) la concentración de ácidos grasos volátiles individuales ytotales fue aproximadamente...
Resumen 18Lo anteriormente planteado se confirmó al modelar la eficiencia y productividad deácido láctico en función de la...
Resumen 19En ambos casos los valores experimentales mostraron un alto grado de ajuste aecuaciones de regresión cuadrática,...
Resumen 20Tabla 13: Comparación entre los indicadores de la composición del lodo sedimentado          más miel final (LS +...
Resumen 21(Tabla 16), resultando de interés para esta especie debido fundamentalmente, a lapresencia de aminoácidos limita...
Resumen 22Lactobacilos y Streptococos que presupone una acción benéfica adicional para elsistema inmunológico de los anima...
Resumen 23Tabla 17: Concentración de elementos metálicos en el lodo fermentado (mg L-1).    elementos             Valor me...
Resumen 24LMP: Límite Máximo PermisibleEn la tabla 19 se muestran los resultados de la comparación entre indicadores deimp...
Resumen 25MATERIALES Y MÉTODOSExperimento No. 1: Utilización del lodo fermentado en cerdos de crecimiento. Balance        ...
Resumen 26Análisis Estadístico.Los resultados se procesaron mediante análisis de varianza de clasificación simplecorrespon...
Resumen 27Tabla 22: Consumo de nutrimentos (57 – 112 días)   Alimento húmedo                      Niveles de lodos (% MS) ...
Resumen 28Tabla 23: Balance de nitrógeno en cerdos en crecimiento alimentados con diferentes          niveles de lodo ferm...
Resumen 29Tabla 25: Balance de calcio y fósforo en cerdos en                  crecimiento alimentados          con diferen...
Resumen 30lodo fermentado no presentó diferencias con el control en el peso final, la gananciadiaria y las conversiones to...
Resumen 31La prueba de palatabilidad (Tabla 28), no arrojó diferencias entre los tratamientos encuanto a grado de aceptaci...
Resumen 32El sistema de tratamiento estará conformado por las siguientes operaciones unitarias: Recolección de las excreta...
Resumen 33El cálculo de los indicadores económicos (Tabla 30), reveló que pueden alcanzarseganancias de consideración una ...
Resumen 34                                   CAPÍTULO VII                                   Discusión GeneralLos resultado...
Resumen 351997), lo cual tiene asociado la inversión de cantidades importantes de capital,conjuntamente con los costos aso...
Resumen 36Otro resultado de interés derivado del experimento de balance metabólico fue elincremento de la retención del ca...
Resumen 37El momento en que se realizaron los muestreos no fue un factor de importancia en lavariabilidad de los indicador...
Resumen 38                                CAPÍTULO IX                                RecomendacionesRealizar estudios sobr...
CAPÍTULO X                           Bibliografía Básica ConsultadaAngelidaki, I. & Ahring, B. K. 1999. Methods for increa...
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PROCEDIMIENTO PARA INCREMENTAR EL VALOR NUTRITIVO DE LODOS ANAEROBIOS (DIGESTATO) PORCINOS PARA LA ALIMENTACIÓN DE CERDOS EN CRECIMIENTO Y CEBA.

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José Lucas Pérez Pardo RESUMEN TESIS Dr. Sc.

  1. 1. INSTITUTO DE CIENCIA ANIMAL UNIVERSIDAD DE ORIENTETESIS PRESENTADA EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO DE DOCTOR EN CIENCIAS VETERINARIAS RESUMEN INCREMENTO DEL VALOR NUTRITIVO DE LODOS ANAEROBIOS PORCINOS PARA LA ALIMENTACIÓN DE CERDOS EN CRECIMIENTO Y CEBA AUTOR: Lic. José Lucas Pérez Pardo. MSc. TUTORES: Lic. Rosa Catalina Bermúdez Savón. Dr. Cs. Ing. Pedro Lezcano Perdigón. Dr. Cs.
  2. 2. Resumen 2 CAPÍTULO I Introducción GeneralComo resultado de la explosión demográfica, el uso indiscriminado de los recursosnaturales y la carencia de políticas efectivas para la protección del medio ambiente, lahumanidad enfrenta en la actualidad tres problemas que ponen en peligro su propiaexistencia: la contaminación ambiental, la falta de alimentos y el agotamiento de lasreservas naturales de combustibles fósiles.Por lo anterior el desarrollo sostenible está emergiendo en el ámbito global como uno delos retos más acuciantes del siglo XXI, proponiéndose conciliar el crecimientoeconómico con el tratamiento y reciclaje de los desechos de una manera sostenida yracional.La producción animal ocupa un lugar importante como generadora de grandesvolúmenes de desechos con alto contenido de materia orgánica. En particular, losresiduales de la crianza porcina se destacan por los altos caudales de vertimiento y cargacontaminante. Mundialmente se reconoce que los problemas más severos que provoca laporcicultura en el Medio Ambiente (Pérez, 2002) son: Contaminación del agua superficial y del subsuelo por el nitrógeno y el fósforocontenido en las excretas. Deterioro de la calidad del aire por la generación de gases tóxicos, principalmentedióxido de carbono, amoniaco, sulfuro de hidrógeno y metano que afectan a lostrabajadores de la granja, a las poblaciones vecinas y a los propios cerdos. Contaminación por metales pesados, mayormente cobre y zinc que el cerdo sóloabsorbe en un 5 y 15 %, excretando el resto. Contaminación microbiológica en la aplicación de excretas a terrenos agrícolas. Pérdida de biodiversidad por erosión genética.Esto, unido al aumento en la exigencia de los requisitos medio ambientales, amparadospor legislaciones cada vez más estrictas, hace que la gestión de estos residuos, sea unatarea emergente en el contexto de la innovación tecnológica.La aplicación de la tecnología de digestión anaerobia a excretas porcinas es una vía parala biodegradación de la fracción orgánica de este desecho. Como resultado se obtiene ungas combustible (biogás), con una concentración volumétrica de metano superior al 55%,lo cual permite su aprovechamiento como fuente de calor directa o para la cogeneraciónde energía mecánica y eléctrica. El efluente de los digestores, independientemente delnivel de eficiencia que se alcance en la digestión, presenta concentraciones decontaminantes superiores al límite superior admitido para su vertimiento a las fuentesreceptoras. Ante esta situación se tienen las siguientes alternativas:Reciclar directamente el residuo.Someter el residual a un postratamiento y una vez depurado, verterlo al ambiente.Aplicar tecnologías de postratamiento que posibiliten el reciclaje de sus nutrimentos.
  3. 3. Resumen 3Tradicionalmente las alternativas ecológicas para la utilización de los efluentesanaerobios porcinos han estado dirigidas a su uso directo como abono y en lapreparación de biofertilizantes, lográndose incrementos significativos en la fertilidad delsuelo y el rendimiento de las cosechas, principalmente en el cultivo de granos yhortalizas (Fides, 1994; Ptundtner, 2000 y Tiwari et. al., 2000). Esta respuesta seatribuye al alto grado de biodisponibilidad de los nutrimentos y a la presencia defactores de crecimiento vegetal (Medina, 1992). Otra alternativa de reciclaje es su uso enla alimentación animal. Las altas concentraciones de proteína, calidad aminoacídica, asícomo la presencia de sustancias con efecto beneficioso en la nutrición animal, ha dadolugar a que este producto sea utilizado fundamentalmente en la alimentación de peces,rumiantes y en menor medida en aves y cerdos (Marchaim, 1992 y Shih, 1997).Sin embargo, el reciclaje de lodos anaerobios porcinos, como alimento para cerdos,dentro de la propia instalación de crianza, es un problema aún no resuelto. Es conocidoque en el proceso de digestión anaerobia hay una alta reducción de microorganismospatógenos, no obstante en digestores de baja eficiencia tales como los modelos decampana flotante, cúpula fija y tubulares, que operen con material de origen fecal y enrégimen mesofílico (temperaturas cercanas a 30°C), es frecuente que el valor de losindicadores de bacterias patógenas sobrepase los límites establecidos para su uso en laalimentación animal (Sweeten et. al., 1998). A esto se une el bajo contenido de materiaseca y la alta variabilidad en la composición del lodo digerido cuando ocurren cambiosen el sistema de alimentación y en las prácticas de manejo (Tong, 1995 y Moser et. al.,2000).Teniendo en cuenta el análisis anterior se entiende que el postratamiento de losresiduales porcinos provenientes de esta tipología de reactores, que son los másdifundidos en países en vías de desarrollo, es una necesidad si lo que se pretende es sureciclaje como alimento animal.HipótesisLa digestión anaerobia de excretas porcinas genera un lodo que puede ser adecuado paraun nuevo proceso fermentativo, a fin de mejorar sus condiciones higiénico-sanitarias ybiológicas, lo que podría posibilitar su reciclaje en la alimentación de cerdos.Objetivo generalEstablecer y evaluar un procedimiento para incrementar el valor nutritivo e higiénico-sanitario de lodos anaerobios porcinos.
  4. 4. Resumen 4Novedades Científicas Se contribuye a la caracterización de los lodos anaerobios porcinos que contempla porprimera vez, de forma integral, indicadores físico-químicos, químicos y sanitarios deinterés para la alimentación animal. Se informa por primera vez un procedimiento para incrementar el valor nutritivo delodos anaerobios porcinos basado en procesos de sedimentación y fermentación. Se propone el uso de lodos anaerobios porcinos fermentados en la alimentación decerdos en crecimiento y ceba. Por primera vez se utiliza la técnica de Análisis Multivariado componentes principales,en la determinación de los indicadores necesarios para el control rutinario de lacomposición del efluente de un digestor anaerobio. CAPÍTULO II AntecedentesEl capítulo consta de los siguientes acápites: Gestión de residuales porcinos - Reducción de caudales - Reducción de origen de compuestos limitantes - Reciclaje de residuales porcinos - Tratamiento y reciclaje de residuales porcinos - Experiencia cubana en sistemas de tratamiento de residuales porcinos Respiración y fermentación bacteriana - Fermentación láctica y sus aplicaciones en la preservación de alimentos para animales. Digestión anaerobia - Hidrólisis y fermentación. - Acetogénesis. - Homoacetogénesis. - Metanogénesis. - Digestores anaerobios. Lodos anaerobios en la alimentación animal.
  5. 5. Resumen 5 CAPÍTULO III Caracterización del efluente de un digestor anaerobio de excretas porcinas.OBJETIVOSEvaluar la potencialidad nutritiva del efluente del digestor anaerobio mediante ladeterminación de indicadores químicos de interés para la alimentación de cerdos.Determinar la influencia del período de muestreo en la variabilidad de la concentraciónde los nutrimentos del efluente del digestor anaerobio.Optimizar la cantidad y tipo de indicadores químicos que pueden ser utilizados para elcontrol rutinario de la composición del efluente del digestor anaerobio.MATERIALES Y MÉTODOSSe construyó un digestor anaerobio de tipo campana flotante con un volumen total y detrabajo de 5 y 4 m3, respectivamente. La alimentación se realizó diariamente fijándoselos indicadores de operación según lo referido por Monroy (1997).Se realizaron 30 corridas experimentales, distribuidas equitativamente en los meses dejulio de 1999, enero del 2000 y abril del 2000. Se trabajó de forma consecutiva los 10días de cada etapa.Análisis químico e indicadores meteorológicos.La medición del pH y el análisis del nitrógeno total se hizo a la muestra fresca. Para elresto de las determinaciones la muestra se secó a 60+1 °C hasta peso constante, en unaestufa (MLM) con recirculación de aire. Se realizaron las siguientes determinaciones:sólidos totales (ST) y sólidos fijos (SF) (APHA, 1995). Los sólidos volátiles (SV) secalcularon por diferencia entre ST y SF; la materia seca (MS), ceniza (Cz), fibra cruda(FC), fósforo total (P), calcio total (Ca) y proteína bruta (PB), se analizaron segúnAOAC (1995); la fibra ácido detergente (FAD) y fibra neutra detergente (FND) deacuerdo con Van Söest et. al. (1991); la proteína verdadera (PV) según Berstein et. al.(1983), citado por Meir, (1986). La materia orgánica se calculó por diferencia entre lamateria seca y la ceniza. El análisis de la energía bruta se hizo en un calorímetroadiabático GALLENKAMI. El pH se midió con un pH-metro digital (CD-70), deprecisión +0.01 unidades. El análisis se realizó a las muestras inmediatamente despuésde ser tomadas.El valor de la temperatura media, así como la presión atmosférica, se solicitaron a lasección de meteorología del Instituto de Ciencia Animal.
  6. 6. Resumen 6Análisis de componentes de interés en la alimentación animal.El análisis de nitrógeno amoniacal (N-NH3) se hizo según lo referido por Conway(1957). Los ácidos acético, propiónico, butírico, isovalérico y valérico se determinaron ®en un cromatógrafo gaseoso CHROM 5 en una columna de chromosorb w con dietil-englicoladipato (DEGA) y nitrógeno como gas portador. Los AGV totales se calcularonpor la suma de los individuales.Se determinó la composición aminoacídica del efluente del digestor anaerobio para loque se realizó una hidrólisis previa con ácido clorhídrico 6N. El producto hidrolizado seexaminó en un Analizador de Aminoácidos ALPHA PLUS II, según Biochrom (1986), ylos requisitos generales para la elaboración de los procedimientos normalizados deoperación PND AC. 01. 001. 94 y determinación de aminoácidos totales PND ID. 05.002. 95. Para la determinación del triptófano se siguió la técnica de hidrólisis básica conBa(OH)2 2.7N en autoclave según Delhaye y Landry (1993), modificada por González et.al. (1997).El análisis de elementos metálicos se hizo por espectrofotometría de emisión atómicacon plasma inductivamente acoplado. Para esto se utilizó un espectrómetroSpectroflame-SPECTRO, con un flujo de gas del plasma y del portador de 16.8 y 0.8 Lmin-1, respectivamente. El tiempo de integración y la presión del nebulizador seajustaron a 5 s y 50 psi, respectivamente.Análisis de metano.Se analizó en un cromatógrafo Pye Unicam–104, se empleó una columna de celite ynitrógeno como gas portador. La temperatura de trabajo del detector de ionización dellama fue de 200 °C. El volumen de metano y biogás se expresó a temperatura de 25 °Cy presión de 101.325 kPa.Análisis EstadísticoLos datos se procesaron estadísticamente a través de la estimación de los estadígrafos:media (x), desviación estándar (s) y coeficiente de variación, expresado en porciento(CV). Con el propósito de analizar la variabilidad y dependencia entre los indicadores dela calidad nutritiva del efluente anaerobio se aplicó un análisis multivariado decomponentes principales.RESULTADOSEn la etapa inicial de trabajo del digestor en régimen semicontinuo, se presentaron altasvariaciones en la producción diaria de metano y biogás. En los primeros días fue baja einestable, aumentando gradualmente hasta estabilizarse a los 40 días de digestión. Eltiempo transcurrido entre la carga inicial y la producción de biogás fue de 5 días.
  7. 7. Resumen 7Durante todo el período experimental, la eficiencia, el rendimiento, la productividad y laconcentración de metano en el biogás (Tabla 1), estuvieron en correspondencia con losindicadores de operación establecidos, la modalidad del digestor y la alta estabilidad enla composición del afluente. El valor medio del pH del efluente fue 7.4, con uncoeficiente de variación de 1.25%, lo cual demuestra el alto grado de autorregulación delas características ácido-base del sistema.Tabla 1: Indicadores de la eficiencia y rendimiento en la digestión anaerobia Unidad de Indicadores medida Valor medio s CV εsv % 53.29 3.08 5.78 YCH4/SVr m3 kg-1 0.41 0.04 9.76 PCH4 - 0.53 0.04 7.55 Pbiogás - 0.77 0.03 3.90 C(CH4) % v/v 68.83 3.90 5.67El valor nutritivo del efluente anaerobio está directamente relacionado con el grado enque los microorganismos transforman los sustratos en metano y dióxido de carbono(Marchaim, 1992). Como resultado de la digestión anaerobia una parte de losconstituyentes de la materia seca se transforma en biogás, lo que origina una reducciónde éstos en el transcurso del proceso (Tabla 2).Tabla 2: Reducción de algunos indicadores de interés nutritivo durante la digestión. Unidad de % de Indicadores medida reducción s CV Materia seca kg d-1 41.52 1.70 4.09 -1 Energía bruta MJ d 50.70 2.69 5.31 Proteína verdadera kg d-1 22.62 1.31 5.79 Proteína bruta kg d-1 1.01 0.07 6.93 Ceniza kg d-1 0.57 0.04 7.02La proporción y tipo de aminoácidos individuales con respecto a la cantidad total deaminoácidos fueron similares a los informados por otros autores (Tabla 3), ratificándosela existencia de aminoácidos esenciales en la alimentación porcina (NRC, 1998),fundamentalmente: lisina, triptófano y treonina debido a su especial importancia en lasfunciones vitales de esta especie (Campabadal y Navarro, 2001).
  8. 8. Resumen 8Tabla 3: Porcentaje de aminoácidos individuales con respecto a la cantidad total de aminoácidos en efluentes anaerobios porcinos. Referencias/% Aminoácidos Marcet, 1982 Tong, 1995 Efluente Digestor Lisina 5.63 7.60 2.99 Triptófano 3.12 2.85 4.77 Treonina 5.26 5.37 4.77 Ácido aspártico 10.90 11.25 11.58 Serina 5.57 5.56 3.27 Ácido glutámico 12.38 12.91 11.43 Prolina 7.20 5.92 7.08 Glicina 6.53 8.02 5.59 Alanina 6.20 5.51 7.63 Cisteína 0.81 2.63 1.36 Valina 6.54 5.65 4.09 Isoleucina 3.57 5.11 3.95 Leucina 7.39 5.33 4.50 Tirosina 4.20 2.16 3.00 Fenilalanina 9.51 10.15 12.13 Histidina 2.75 1.32 2.45 Arginina 2.44 2.66 3.41Los resultados del análisis de los indicadores bromatológicos del efluente (Tabla 4),muestran que sólo un 44% de la proteína bruta, es proteína verdadera. El nitrógenoamoniacal representa el 47.66% de la cantidad total de nitrógeno, siendo esto unacaracterística inherente a los efluentes de digestores anaerobios e íntimamenterelacionada con las reacciones de desaminación de los aminoácidos no utilizados en lasíntesis microbiana (Hartman et. al., 1999).
  9. 9. Resumen 9Tabla 4: Caracterización bromatológica del efluente anaerobio. Indicadores U. medida Valor medio s CV Materia seca % 5.71 0.42 7.36 Materia orgánica % MS 62.08 1.62 2.61Proteína bruta (N*6.25) % MS 32.13 1.43 4.45 Proteína verdadera % MS 14.18 0.89 6.28 PV/PB - 0.44 0.03 6.82 Nitrógeno amoniacal % MS 2.45 0.18 7.35 Energía bruta MJ kg-1 12.01 0.33 2.75 Ceniza % MS 37.92 1.93 5.09 Calcio % MS 4.65 0.32 6.88 Fósforo % MS 3.34 0.17 5.09 Ca/P - 1.39 0.10 7.19Los análisis de elementos metálicos (Tabla 5) mostraron la existencia, en cantidadesadecuadas, de especies de importancia en la nutrición porcina (NRC, 1998). .Tabla 5: Concentración de elementos metálicos en el efluente anaerobio. Elementos (mg L-1) Valor medio s CV Magnesio 961 137.13 14.27 Potasio 780 78.00 10.00 Sodio 140 18.51 13.22 Hierro 324 32.72 10.10 Níquel 541 81.69 15.10 Manganeso 53 9.65 18.21 Zinc 89 14.86 16.70 Cobre 11 2.18 19.82 Cromo 1 0.19 19.00 Cobalto 1 0.21 21.00En la tabla 6 se muestran los resultados de la extracción de las componentes principalesque se consideran importantes según Kaiser (1965). Como se aprecia tres componentesexplican el 70.7 % de la varianza total.
  10. 10. Resumen 10Tabla 6: Extracción de Componentes Principales. Componentes Varianza Varianza Valor Propio Principales Explicada Acumulada 1 5.018 35.80 35.80 2 2.953 21.10 56.90 3 1.934 13.80 70.70En la tabla 7 se presenta el comportamiento de los indicadores dentro de cadacomponente principal. El momento en que se desarrollaron las corridas experimentalesno fue un factor de importancia en la varianza del experimento. El conocimiento de losconstituyentes de la composición del efluente que más contribuyen a la varianza en cadacomponente principal, muestra que de los 13 tipos de indicadores medidos, sólo bastan5 para el control rutinario de la calidad de este producto, con énfasis en los 4relacionados con la componente 1 y 2.Tabla 7: Relación entre los indicadores de la composición del efluente anaerobio y loscomponentes principales. Componentes Principales Indicadores 1 2 3 Momento - 0.045 - 0.160 - 0.736 Materia seca 0.841 - 0.039 0.011 Materia orgánica 0.548 0.752 - 0.029 Ceniza - 0.574 - 0.729 - 0.089 Proteína bruta - 0.667 0.324 0.009 Proteína verdadera - 0.817 - 0.015 - 0.034 Nitrógeno amoniacal - 0.231 0.895 0.003 Energía bruta 0.529 0.767 0.074 Fibra bruta 0.758 0.293 - 0.371 Fibra neutra detergente 0.725 0.334 - 0.375 Fibra ácida detergente - 0.156 - 0.117 0.768 Calcio 0.004 - 0.193 0.551 Fósforo - 0.095 0.333 0.646 pH - 0.207 0.902 - 0.055
  11. 11. Resumen 11 CAPÍTULO IV Procedimiento para incrementar el valor nutritivo del efluente de un digestor anaerobio de excretas porcinas.OBJETIVOSDeterminar la influencia de la temperatura en la sedimentación del efluente del digestorde excretas porcinas.Determinar la influencia de la concentración de un inóculo de bacterias lácticas y de mielfinal de caña de azúcar en la fermentación del lodo sedimentado.Evaluar la potencialidad nutritiva del lodo fermentado mediante indicadores químicos ysanitarios de interés para la alimentación porcina.MATERIALES Y MÉTODOSExperimento No 1: Sedimentación del efluente de un digestor anaerobio de excretas porcinas.Para el estudio de la sedimentación se siguió un diseño completamente aleatorizado con4 tratamientos y 10 repeticiones. Se evaluaron 4 temperaturas: ambiente, 40, 55 y 70 °C.La velocidad de sedimentación (μs) se determinó según Cuevas y Guillermo (1985).Análisis químico y físico – químico.Al efluente del digestor anaerobio y al lodo sedimentado, se le determinó MS, MO, Cz,PB, PV, EB, FB, FND y FAD. En el lodo sedimentado se analizó además el N-NH3 y elpH según técnicas analíticas indicadas en el capítulo III. En el sobrenadante sedeterminó la concentración de sólidos suspendidos (SS) de acuerdo con APHA (1995).Análisis Estadístico.Se aplicaron análisis de correlación y regresión para modelar el comportamiento de lasedimentación en los diferentes tratamientos. La comparación de la composición dellodo sedimentado y el sobrenadante se hizo mediante análisis de varianza declasificación simple correspondiente al modelo completamente aleatorizado y pruebas derangos múltiples de Duncan (1955).
  12. 12. Resumen 12Experimento No. 2: Fermentación del lodo sedimentado a diferentes concentraciones de inóculo y de miel final de caña de azúcar.Para determinar la influencia de la concentración inicial de Azucares Reductores Totales(ART) y de inóculo sobre la reducción del pH en el proceso de fermentación de lodosedimentado, se siguió un diseño completamente aleatorizado, con arreglo factorial (5 x4), y 3 repeticiones, siendo los factores de variación la concentración de miel final(utilizada como fuente de azucares fermentables) en niveles de 0, 3, 5, 7 y 9%, einóculo de yogurt comercial en niveles de 0, 0.5, 1.0 y 2%, en base húmeda. Se utilizócomo control lodo sedimentado sin inóculo ni miel. El lodo sedimentado se mezcló conla miel final y se distribuyó en frascos de color ámbar de 1 L, fijándose un volumen detrabajo de 0.8 L; a continuación se adicionó el inóculo y se homogenizó.Análisis Químico.La concentración de ácido láctico se determinó en un cromatógrafo gaseoso CHROM 5en una columna de CHROMOSORB 101 y nitrógeno como gas portador. Los ácidosacético, propiónico y butírico, se determinaron según se indicó en el capitulo 3. Laconcentración de azúcares reductores totales en la miel final se determinó según loestablecido por el MINAZ (1982)Análisis EstadísticoSe realizaron análisis de varianza y pruebas de rangos múltiples de Duncan (1955). Paraello se aplicó un modelo lineal del tipo: Y= μ + Ci + Ij + Ci Ij + eijk (3.10)siendo:y: variable en estudioμ: constante generalCi: efecto de la i-esima concentraciónIj: efecto de la j-esima inóculoCiIj: Interacción de la i-esima concentración en el i-esima inóculoeijk: error aleatorio normal distribuido con media 0 y σ2.
  13. 13. Resumen 13Experimento No. 3: Fermentación del lodo sedimentado a diferentes velocidades de dilución.El experimento se desarrolló bajo un diseño de bloque al azar con 5 tratamientos, paraevaluar el efecto de 5 velocidades de dilución (D): 0.20, 0.25, 0.33, 0.40 y 0.50 d-1 en losindicadores fermentativos y de la calidad del lodo fermentado. Se realizaron 10 réplicaspor tratamiento. Se fermentó en un frasco de vidrio color ámbar de 5 L, fijándose unvolumen de trabajo de 3 L. La alimentación se realizó diariamente, extrayéndose unvolumen de licor fermentado igual al flujo de alimentación.Análisis Químico.Al efluente del fermentador, en cada estado estacionario, se le determinó materia seca,proteína verdadera, pH y ácido láctico. Además se analizó el contenido de ART en elafluente y el efluente.Análisis Estadístico.Se realizaron análisis de varianza y pruebas de rangos múltiples de Duncan (1955). Paraello se aplicó un modelo lineal del tipo: y = μ + Di + Rj + eijk (3.14)Siendo:y: variable en estudioμ: constante generalDi: efecto de la i-esima concentraciónRj: efecto de la j-esima inóculoeijk: error aleatorio normal distribuido con media 0 y σ2Para modelar la influencia de la dilución sobre la productividad y el rendimiento deácido láctico, y la concentración de azucares reductores totales en el efluente, serealizaron análisis de correlación y regresión.
  14. 14. Resumen 14Experimento No. 4: Fermentación del lodo sedimentado en un reactor de 200 L.Se realizaron 20 corridas experimentales, distribuidas equitativamente en los meses deabril y junio del 2000, con el propósito de evaluar la fermentación del lodo sedimentado,suplementado con miel final, en un fermentador de 200 L. Se fermentó en un tanque decloruro de polivinilo (PVC), de 110 cm de alto y 55 cm de diámetro, fijándose unvolumen de trabajo de 120 L. A fin de estudiar el efecto de la fermentación en laconcentración de indicadores de interés nutritivo de la mezcla de lodo sedimentado ymiel final, se comparó la composición del afluente y del efluente del fermentador.Análisis Sanitario.Se tomaron 8 muestras de 1 L cada una, del efluente del digestor anaerobio e igualcantidad del lodo fermentado y se enviaron al Centro Nacional de Higiene de losAlimentos para determinar la concentración de bacterias mesófilas aerobias (NC: 74-38:1986), coliformes totales (NC: 74-39:1986), Salmonellas (NC 38-02.13:1991),organismos sulfito reductores (NC: 74-41:1986) y hongos (NC:74-33:1986). El muestreose realizó cada 7 días bajo condiciones de asepsia verificadas.Análisis Estadístico.Los datos se procesaron estadísticamente a través de la estimación de los estadígrafos:media (x), desviación estándar (s) y coeficiente de variación (Cv). Se realizaron pruebasde t de student a fin de comparar los valores medios de los indicadores del efluente deldigestor anaerobio y el lodo fermentado, así como entre los correspondientes al afluente(lodo sedimentado más miel final) y el efluente del fermentador (lodo fermentado).ResultadosExperimento No. 1: Sedimentación del efluente de un digestor anaerobio de excreta porcina.La temperatura promedio del local de trabajo durante el experimento fue de 26°C, bajoestas condiciones el efluente del digestor anaerobio no sedimentó, sin embargo, en lostratamientos restantes el suministro de calor originó la aparición de dos fases biendefinidas a partir de las 0.5 h, disminuyendo la altura del sedimento, hastaaproximadamente las 19 h, de la forma que es característica en procesos de estanaturaleza.Un aumento en la temperatura desde 40 hasta 55°C, benefició el proceso desedimentación (Tabla 8) Las variaciones en la velocidad de sedimentación (μs), elvolumen de lodo sedimentado (VLS) y la concentración de sólidos suspendidos en elsobrenadante (SSSN), incrementaron el porcentaje de materia seca (MSLS) y proteínaverdadera (PVLS) en el lodo sedimentado (LS). Una situación diferente se presentó
  15. 15. Resumen 15cuando la temperatura se aumentó a 70°C. Durante el desarrollo de los experimentos seconstató, que en las primeras horas, la altura de la interfase disminuyó a mayor velocidaden este tratamiento, no obstante, a medida que transcurrió el tiempo los resultados fueronopuestos, apreciándose en las últimas 10 – 12 h. la formación de pequeñas burbujas enla zona media e inferior del sedimento, lo que evidenció el inicio de un procesofermentativo.Tabla 8: Indicadores de la sedimentación a diferentes temperaturas.. T/°C Unidad deIndicadore ES+ medida 40 55 70 s μs mm h-1 14.58b 17.67a 13.99b 0.25 VLS mL 230b 214c 249a 2.97 MSLS % 7.86b 9.43a 7.65b 0.18 MOLS % MS 62.68 62.47 61.76 0.25 b a PVLS % MS 9.60 12.94 9.18b 0.22 SSsn mg L-1 1477.40a 1225.20b 1258.20b 23.93Letras desiguales indican diferencias significativas p < 0.0001La sedimentación con previo calentamiento a 55°C, provocó que más del 70% delcontenido total de los indicadores estudiados se recuperaran en el lodo sedimentado(Tabla 9). En las fracciones asociadas a la fibra dietética, este índice superó el 90 %. Entodos los casos el coeficiente de variación fue inferior al 8 % lo que demuestra el altogrado de estabilidad alcanzado en las operaciones de calentamiento, sedimentación yseparación de las fases.Tabla 9: Recuperación de nutrimentos durante la sedimentación del efluente anaerobio (T = 55°C). masa/g Recuperación/% Indicadores Valor EDA LS s CV medio Materia seca 28.90 20.34 70.38 5.28 7.50 Materia orgánica 18.24 12.87 70.56 2.99 4.24 Ceniza 10.66 7.47 70.08 3.65 5.21 Proteína bruta 9.06 6.35 70.09 5.56 7.93 Proteína verdadera 4.08 2.86 70.10 5.49 7.83 Energía bruta/MJ 350.00 294.00 84.00 6.39 7.61 Fibra bruta 3.13 2.87 91.69 7.21 7.86Fibra neutra detergente 7.38 6.82 92.41 6.49 7.02Fibra ácida detergente 4.55 4.10 90.11 6.71 7.45
  16. 16. Resumen 16Experimento No. 2: Fermentación del lodo sedimentado a diferentes concentraciones de inóculo y azúcares iniciales.La temperatura ambiente en el transcurso del experimento osciló entre 25 – 27°C, bajoestas condiciones, la adición de miel final y del inóculo de bacterias lácticas redujo deforma significativa el pH durante la fermentación (Tabla 10).Tabla 10: Efecto de la concentración inicial de ART e inóculo sobre el valor mínimo del pH durante la fermentación.Tratamiento Inóculo/% ART/% MS/% ES + MF/% 0 0.5 1 2 0 0.65 9.60 7.86ª 7.73b 7.73b 7.72b 3 2.26 12.80 7.15c 6.47g 6.48g 6.49g 5 3.76 14.96 7.11d 5.74h 5.73h 5.74h 0.01 7 5.27 16.90 6.91e 5.18i 5.19i 5.19i 9 6.77 19.21 6.80f 4.99j 4.99j 4.98jMedidas con supraíndice desiguales indican diferencias a P < 0.001.En los tratamientos donde no se adicionó miel final pero si inóculo, el pH se mantuvopor encima de 7.7, lo que demuestra la baja o nula capacidad de estos microorganismospara fermentar los azucares del lodo sedimentado. Lactobacillus vulgaricus tienepotencialidad para fermentar fructuosa, glucosa y lactosa en tanto que Estreptococcusthermophillus fermenta además sacarosa (García. 1998). Es de esperar que estossacáridos, de estar presentes en el lodo sedimentado, se encuentren en bajasconcentraciones puesto que son la fuente de energía de una gran parte de losmicroorganismos que intervinieron en la digestión anaerobia (Guyot, 1994).Se conoce que un aumento en la cantidad inicial de inóculo disminuye el tiempo deadaptación de los microorganismos a las nuevas condiciones del medio de cultivo,pudiendo influir en la velocidad global de la fermentación (Martínez et. al., 1989). Elintervalo de concentraciones de inóculo estudiado no hizo apreciable este efecto, puestoque no se manifestaron diferencias entre los tratamientos con diferentes concentracionesde inóculo e igual porcentaje de miel final. Resultados similares fueron informados porMarrero et. al. (1991) en la preservación de crema de levadura torula conconcentraciones de inóculo inferiores a 2%.En los tratamientos no inoculados, la adición de miel final originó una ligeradisminución del pH. Este cambio fue más pronunciado en las variantes inoculadas,alcanzándose valores cercanos a 5 unidades cuando se incluyó 7 y 9 % de miel final. Sinembargo, la productividad de ácido láctico y la eficiencia en la utilización de losazucares reductores totales, disminuyeron sensiblemente en el tratamiento de 9 % demiel final.
  17. 17. Resumen 17Como se observa (Tabla 11) la concentración de ácidos grasos volátiles individuales ytotales fue aproximadamente 1.6 veces mayor en el tratamiento de 9 % de miel final.Tabla 11: Concentración de ácidos grasos volátiles (AGV) en los tratamientos de 7 y 9 % de miel final. 7 % MF 9 % MF AGV/mg L-1 Valor Valor s CV s CV medio medio ácido acético 3475 251 7.22 5643 402 7.12 ácido propiónico 227 18 7.93 365 28 7.67 ácido butírico 348 27 7.76 542 40 7.38 AGV Total 4050 283 6.99 6550 445 6.79Experimento No. 3: Fermentación del lodo sedimentado a diferentes velocidades de dilución.Con el propósito de estudiar el efecto de la velocidad de dilución sobre los indicadoresfermentativos y de la calidad del lodo fermentado, se seleccionó la variante de 7 % demiel final (5.27 % de ART) por presentar, a un pH cercano a 5, los valores másfavorables de productividad y eficiencia en la utilización de los azucares reductorestotales. Se utilizó un 0.5 % de inóculo. En la tabla 12 se muestra el efecto de la velocidad de dilución sobre la productividaddel fermentador, la relación PV/PB y el pH del efluente. Como era de esperar laproductividad referida a la materia seca (PMS), energía bruta (PEB) y proteína bruta (PPB),aumentó en la medida que lo hizo la velocidad de dilución. Sin embargo, a pesar de quela productividad de proteína verdadera (PPV) tuvo el mismo comportamiento, lamagnitud del cambio a partir de 0.40 d-1 determinó una disminución en la relaciónPV/PB del efluenteTabla 12: Influencia de la velocidad de dilución sobre la productividad del fermentador y la calidad del efluente. Velocidad de dilución /d-1 Indicadores ES + 0.20 0.25 0.33 0.40 0.50PMS/g L-1d-1 14.79e 19.92d 29.37c 34.04b 41.62a 0.61PEB/MJ L-1d-1 0.18e 0.27d 0.43c 0.55b 0.74a 0.01 -1 -1 e d c b aPPB/g L d 3.30 4.58 6.04 7.35 9.16 0.11PPV/g L-1d-1 2.03e 3.07d 4.17c 4.60b 5.26a 0.04 b a a b cPV/PB 0.62 0.68 0.69 0.63 0.58 0.01pH 5.74a 5.29b 4.80d 4.64d 5.10c 0.05Medidas con supraíndice desiguales indican diferencias a P < 0.001.
  18. 18. Resumen 18Lo anteriormente planteado se confirmó al modelar la eficiencia y productividad deácido láctico en función de las velocidades de dilución (Fig. 1). YLAC/ART YLAC/ART (%) PLAC y ART (%) (g/L) ART (g/L) PLAC (g/ L) 16 1,8 1,6 14 1,4 12 1,2 10 1 8 0,8 6 0,6 4 0,4 2 0,2 0 0 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 D (d-1) Fig. 7: Variación del YLAC/ART, la PLAC y la concentración de ART en el efluente a diferentes D.
  19. 19. Resumen 19En ambos casos los valores experimentales mostraron un alto grado de ajuste aecuaciones de regresión cuadrática, con la presencia de máximos que evidenciaron unestado a partir del cual se deprimen los indicadores fermentativos. Así mismo, laconcentración de azucares reductores totales del efluente varió de forma exponencial,infiriéndose que la velocidad con que los microorganismos utilizan esta fuente deenergía disminuye marcadamente a medida que la velocidad de dilución aumenta, sobretodo a valores superiores de 0.40 d-1, donde la concentración de los azucares reductorestotales no utilizados sobrepasa el 50 % de la cantidad inicial. Nótese que el valor de laproductividad máxima se presentó a una velocidad de dilución más alta que lacorrespondiente al máximo del rendimiento. Parece ser que a velocidades de diluciónsuperiores a 0.29 d-1 el aumento del flujo de entrada y de salida, provoca que laproductividad siga aumentando hasta 0.38 d-1.Experimento No. 4: Fermentación del lodo sedimentado en un reactor de 200 L.Una vez realizada la carga del fermentador, el tiempo transcurrido para que el pH delmedio disminuyera hasta 4.8 unidades, fue de 25 horas. A partir de este momento seprocedió a trabajar en régimen semicontinuo. Los indicadores de operación se fijarontomando como referencia los resultados de los estudios procedentes de sedimentación yfermentación, siendo los siguientes: Temperatura inicial para la sedimentación del efluente del digestor anaerobio: 55°C. Concentración de ART en el afluente del fermentador: 5.10–5.40%. Velocidad de dilución: 0.33 d-1. Flujo de alimentación: 40 L d-1.Las temperaturas mínimas, máxima y media en el local donde se desarrollaron losexperimentos fueron 24.7, 29.0 y 27.3 °C, respectivamente. Bajo estas condiciones elproceso fermentativo incrementó la potencialidad nutritiva del lodo sedimentado,originándose variaciones sustanciales en la concentración de algunos de susconstituyentes (Tabla 13). El contenido de proteína verdadera resultó 1.54 veces mayoren el lodo fermentado, de lo que se derivó un aumento de 0.23 unidades en la relaciónPV/PB. Estos cambios estuvieron acompañados de variaciones significativas en laconcentración de nitrógeno amoniacal, ácido láctico y ácidos grasos volátiles, quedeterminaron una reducción en el pH de 2.83 unidades.Es de interés notar que la concentración de ácido láctico en el lodo fermentado fuemarcadamente superior a la de los ácidos grasos volátiles individuales (Tabla 14),representando alrededor del 61 % de la cantidad total de ácidos presentes. Este patrónfermentativo concuerda con el observado, bajo indicadores de operación similares, enlas experiencias con fermentadores de 1 y 5 L y pone de manifiesto el predominio de laactividad de las bacterias lácticas.
  20. 20. Resumen 20Tabla 13: Comparación entre los indicadores de la composición del lodo sedimentado más miel final (LS + MF) y el lodo fermentado. Unidad Lodo Lodo Diferencia Indicadores de Sedimentado + ES + Fermentado LF – (LS+MF) Medida Miel Final Materia seca g L-1 168.25 151.30 - 16.95 3.19* Energía bruta MJ L-1 2.47 2.16 - 0.31 0.04* Fibra bruta g L-1 12.51 12.98 + 0.45 0.16Fibra neutra detergente g L-1 29.77 30.34 + 0.57 0.36Fibra ácida detergente g L-1 17.90 18.84 + 0.94 0.40Proteína bruta (N*6.25) g L-1 30.90 30.69 - 0.21 0.27 Proteína verdadera g L-1 13.23 20.35 + 7.12 0.93*** PV/PB - 0.43 0.66 + 0.23 0.03*** Nitrógeno amoniacal g L-1 1.90 0.96 - 0.94 0.12***Ácidos grasos Volátiles g L-1 0.50 4.18 + 3.68 0.48*** pH unidades 7.61 4.78 - 2.83 0.43*** Ácido láctico g L-1 0.04 6.56 + 6.52 0.84***(*) P < 0.05 (***) P < 0.001Tabla 14: Concentración de ácidos grasos volátiles (AGV) y ácido láctico en el lodo fermentado (mg L-1). ácido valor medio s CV acético 3 552 250.26 7.05 propiónico 233 21.43 9.20 butírico 352 23.37 6.64 AGV total 4 137 255.90 6.19 láctico 6 559 643.49 9.81Los resultados de los análisis bromatológicos al lodo fermentado (Tabla 15), muestranque el reciclaje de este producto como alimento para cerdos pudiera resultar unaalternativa atractiva en el contexto de un sistema sostenible de producción animal.A pesar de que la concentración de materia seca y la relación PV/PB es sensiblementeinferior a la que presentan las materias primas utilizadas en la elaboración de alimentostradicionales (Dale, 1998) y que existe una fracción no despreciable de nitrógeno noproteico en forma amoniacal, el contenido de proteína verdadera y de aminoácidos,referidos a la materia seca y la proteína, son comparables a los del maíz y el trigo
  21. 21. Resumen 21(Tabla 16), resultando de interés para esta especie debido fundamentalmente, a lapresencia de aminoácidos limitantes como son la lisina, el triptófano y la treonina(Campabadal y Navarro, 2001). Como es de suponer la concentración de aminoácidosreferido a la materia seca de la levadura torula es marcadamente superior a la del lodofermentado, exceptuando la correspondiente al triptófano. Sin embargo, lasconcentraciones de los aminoácidos referidas a la proteína son similares, siendo mayor laconcentración de triptófano en el lodo fermentado.Tabla 15: Caracterización bromatológica del lodo fermentado (LF). Unidad de Indicadores Medida x s Cv Materia seca % 15.13 0.79 5.22 Materia organica % MS 72.00 1.17 1.63 Proteína bruta (N*6.25) % MS 20.28 1.24 6.11 Proteína verdadera % MS 13.45 0.95 7.06 PV/PB - 0.66 0.05 7.58 Nitrógeno amoniacal % MS 0.63 0.04 6.35 Energía bruta MJ kg-1 14.29 0.40 2.80 Fibra bruta % MS 8.58 0.63 7.34 Fibra neutra detergente % MS 20.05 1.34 6.68 Fibra ácida detergente % MS 12.45 0.98 7.87 Ceniza % MS 28.00 1.14 4.07 Calcio % MS 4.25 0.22 5.18 Fósforo % MS 2.42 0.16 6.61 Ca/P - 1.76 0.13 7.39Los análisis de los elementos metálicos (Tabla 17), revelan que el lodo fermentadopresenta, en cantidades adecuadas, especies que contribuyen al aprovechamientoeficiente de los nutrimentos de la dieta (Savón y Gutiérrez, 1988), siendo algunos deestos deficitarios en la mayoría de los sistemas de alimentación de animales domésticos,como por ejemplo el hierro, manganeso, zinc y cobre (Miller et. al., 1991). Otroelemento a considerar es la presencia ácidos orgánicos de efecto provechoso en elcrecimiento y desarrollo de los cerdos. Los ácidos propiónico y láctico y en menormediada el acético y el butírico, se encuentran dentro de los de mayor interés en laproducción animal (Mateos et. al., 2000). Digat (1999), refiere que su acción beneficiosaestá relacionada con la influencia positiva que ejercen a nivel digestivo y metabólico, ya sus funciones reguladoras del desarrollo de gérmenes enteropatógenos. Además, lacomposición del inóculo empleado para la fermentación y la concentración de ácidoláctico alcanzada en el lodo fermentado, evidencian la existencia de una microflora de
  22. 22. Resumen 22Lactobacilos y Streptococos que presupone una acción benéfica adicional para elsistema inmunológico de los animales, lo que pudiera repercutir en los rendimientosproductivos.Tabla 16: Aminoácidos en el lodo fermentado (LF) y en materias primas utilizadas para la elaboración de alimentos tradicionales % MS aminoácidos LF Maíz Trigo Torula Lisina 0.86 0.25 0.40 4.09 Triptófano 0.57 0.10 0.18 0.53 Treonina 0.59 0.29 0.35 2.80 Cisteína 0.20 0.18 0.30 0.65 Valina 0.46 0.42 0.69 2.80 Isoleucina 0.52 0.29 0.69 3.12 Histidina 0.56 0.25 0.17 1.51 Leucina 0.58 1.00 1.00 3.76 Arginina 0.47 0.40 0.60 2.80 Fenilalanina 0.56 0.42 0.78 3.23 % Referido a la proteína Lisina 6.39 3.16 2.96 7.84 Triptófano 4.23 1.27 1.33 1.02 Treonina 4.42 3.67 2.59 5.37 Cisteína 1.49 2.28 2.22 1.25 Valina 3.47 5.32 5.11 5.37 Isoleucina 3.86 3.67 5.11 5.98 Histidina 4.16 3.16 1.26 2.89 Leucina 4.31 12.66 7.41 7.21 Arginina 3.42 5.06 4.44 5.37 Fenilalanina 4.21 5.32 5.78 6.19
  23. 23. Resumen 23Tabla 17: Concentración de elementos metálicos en el lodo fermentado (mg L-1). elementos Valor medio s CV Magnesio 1 992 190.61 9.57 Potasio 2 188 312.90 14.30 Sodio 892 114.08 12.79 Hierro 556 53.07 9.54 Níquel 11 1.39 12.64 Manganeso 99 11.14 11.25 Zinc 134 10.50 7.84 Cobre 20 2.77 13.85 Cromo 2 0.24 12.00 Cobalto 39 7.02 18.00Un aspecto igualmente importante a considerar en el análisis de la potencialidad del lodofermentado como alimento animal, es su calidad microbiológica. En la tabla 18 seindican los resultados de los análisis realizados al efluente del digestor anaerobio y allodo fermentado. Nótese que el procedimiento aplicado redujo en el lodo fermentado laconcentración de coliformes totales y organismos sulfito reductores, hasta valorespermisibles en las normas cubanas de consumo animal. Este comportamiento estádeterminado por la disminución del pH a valores inferiores de 5 unidades, lo que reducela proliferación de gérmenes patógenos debido a que muchos de ellos tienen un pHóptimo para el crecimiento en torno a la neutralidad o ligeramente alcalino (Santomá,1999), así como también por la conocida acción bactericida de los ácidos orgánicosproducidos (Mateos y García, 1998).Tabla 18: Microorganismos en el efluente del digestor anaerobio (EDA) y en ellodo fermentado (LF). Unidad LMP Indicadores de EDA LF (CNHA,2002 Medida ) -1 4 2Coliformes totales UFC g 1.85 x 10 1.38 x 10 103Organismos Sulfito Reductores UFC g-1 3.25 x 102 < 10 10 -1 7 9Bacterias Mesófilas Aerobias UFC g 2.75 x 10 3.88 x 10 3 x 106Conteo de Levaduras Prop. g-1 4.58 x 103 2.28 x 104 1.5 x 104Conteo de Hongos Prop. g-1 Ausentes Ausentes AusentesFilamentososPresencia de Salmonellas - Ausentes Ausentes AusentesUFC: Unidades Formadoras de Colonias
  24. 24. Resumen 24LMP: Límite Máximo PermisibleEn la tabla 19 se muestran los resultados de la comparación entre indicadores deimportancia nutritiva en el efluente del digestor anaerobio y el lodo fermentado. Esevidente que el tratamiento aplicado al efluente del digestor anaerobio benefició demanera apreciable la potencialidad de este producto como alimento para cerdos,aumentando significativamente el contenido de materia seca, proteína verdadera, larelación PV/PB, así como la concentración de aminoácidos de importancia para el buendesempeño de los animales.Tabla 19: Comparación entre la concentración de indicadores de interés nutritivo enel efluente del digestor anaerobio (EDA) y el lodo fermentado (LF). Unidad de Indicadores EDA LF ES + Medida Materia seca g L-1 57.10 151.30 2.17*** Proteína bruta (N . 6.25) g L-1 18.35 30.68 0.56*** Nitrógeno amoniacal g L-1 1.39 0.95 0.12*** Proteína verdadera g L-1 8.10 20.35 0.49*** Lisina g L-1 0.63 1.30 0.28*** Triptófano g L-1 0.35 0.86 0.33*** Treonina g L-1 0.37 0.90 0.27*** PV/PB - 0.44 0.66 0.05*** Energía bruta MJ kg-1 12.01 14.29 0.09** Ceniza g L-1 21.65 42.36 0.71*** pH Unidades 7.40 4.78 0.04*** Calcio g L-1 2.66 6.43 0.67*** Fósforo g L-1 1.91 3.66 0.41*** Ca/P - 1.39 1.76 0.43(**) P < 0.01, (***) P < 0.001 CAPÍTULO V Pruebas biológicasOBJETIVOSEvaluar la respuesta biológica de la inclusión de diferentes niveles de lodos anaerobiosporcinos fermentados en la dieta de cerdos en crecimiento y ceba.Determinar la influencia de la presencia del lodo fermentado en las dietas sobre laspropiedades organolépticas de la carne.
  25. 25. Resumen 25MATERIALES Y MÉTODOSExperimento No. 1: Utilización del lodo fermentado en cerdos de crecimiento. Balance de nitrógeno, energía y minerales.Se utilizaron 24 cerdos castrados de cruce comercial procedentes del rebaño del Institutode Ciencia Animal con un peso vivo promedio de 19.16 kg, los que se distribuyeron en 4tratamientos, con 6 repeticiones, mediante un diseño completamente aleatorizado paraestudiar la inclusión de 10, 20 y 30 % de lodo fermentado en base seca como sustituto deltrigo y la soya. En la tabla 20 aparece la composición de las dietas experimentales.Tabla 20: Composición de las dietas experimentales Ingredientes Niveles de lodos (% MS) Control 10 20 30 Harina de trigo 82.6 75.2 66.7 57.7 Harina de soya 13.0 11.5 10.0 9.0 Harina de pescado 3.0 3.0 3.0 3.0 Carbonato de calcio 0.8 - - - Premezcla minero – vitamínica * 0.3 0.3 0.3 0.3 Cloruro de sodio 0.3 - - - Lodo fermentado - 10.0 20.0 30.0 TOTAL 100 100 100 100*Contiene (UI kg-1): 1 100 000 de vitamina A, 300 000 de vitamina D, 20 000 de vitamina E. (mg kg-1): 2 vitamina K, 2 de vitamina B12, 30 000 de carbonato de zinc, 20 000 de sulfato de hierro (II) , 20 000 de sulfato de manganeso y 10 000 de sulfato de cobre (II). Preparación de las muestras y análisis químico. Las heces se recogieron y pesaron cada 24 h, preservándose en bolsas de nylon a –4 °C, hasta el quinto día de muestreo. A continuación se conformaron 4 muestras compuestas mediante la mezcla y homogenización de las recolecciones diarias de cada tratamiento, pesándose 1 kg de cada una, aproximadamente el 30 % del peso total, para los análisis de laboratorio. El volumen de orina se midió cada 24 horas. Se recolectó un 10 % del volumen diario sobre una disolución de ácido sulfúrico 4 N, suficiente para mantener un pH menor de 4 unidades y se mantuvo a –4 °C hasta el quinto día de muestreo. Para los análisis de laboratorio se conformaron 4 muestras compuestas a partir de las recolecciones diarias de cada tratamiento. Se realizaron análisis de nitrógeno, fósforo, calcio y energía bruta siguiendo las técnicas indicadas en el capitulo 3.
  26. 26. Resumen 26Análisis Estadístico.Los resultados se procesaron mediante análisis de varianza de clasificación simplecorrespondientes al modelo completamente aleatorizado y pruebas de rangos múltiplesde Duncan (1955). Experimento No. 2 Utilización del lodo fermentado en cerdos en crecimiento y ceba. Indicadores productivos.Se utilizaron 36 cerdos castrados de cruce comercial del rebaño del Instituto de CienciaAnimal con un peso vivo promedio de 24 kg, los cuales se distribuyeron en cuatrotratamientos, con 9 repeticiones, y corrales individuales de 1 x 1.5 m, mediante undiseño completamente aleatorizado, para estudiar la inclusión de 10, 20 y 30 % de lodofermentado en base seca como sustituto del trigo y la soya durante 56 días quecorrespondió con la etapa de crecimiento. El lodo se ofreció diariamente por la mañana(9:00 am) directamente en el comedero, encima del alimento seco. La norma dealimentación se ajustó a los requerimientos planteados por NRC (1998) para losprincipales nutrimentos (EB, PB y relación Ca/P). El agua la consumieron ad-libitummediante tetinas de succión instaladas en los corrales.Se utilizaron las mismas dietas experimentales que en el experimento anterior. Losanimales se pesaron al inicio, a los 28 y 56 días de edad. El experimento continuó en laetapa de ceba, con los tratamientos: control, 10 y 20 % de inclusión de lodo fermentado,durante 56 días más, realizando una pesada a los 84 días y otra al final del experimento(112 días). En las tablas 21 y 22 aparecen las normas de consumo durante las etapas decrecimiento y ceba. Tabla 21: Consumo de nutrimentos (0 – 56 días) Alimento húmedo Niveles de lodos (% MS) NRC (kg d-1) Control 10 20 30 (1998) Pienso crecimiento 2.06 1.86 1.64 1.44 - Lodo fermentado - 1.20 2.47 3.67 - TOTAL 2.06 3.06 4.11 5.11 - TOTAL MS 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80 -1 Consumo PB/ g d 307 307 305 304 306 Consumo ED/ MJ d-1 25.1 25.2 25.0 24.9 25.2 -1 Consumo Ca/ g d 15.7 17.4 25.0 32.6 11.1 -1 Consumo P/ g d 12.6 16.6 20.3 23.9 9.3 Relación Ca/ P 1.2 1.1 1.2 1.4 1.2
  27. 27. Resumen 27Tabla 22: Consumo de nutrimentos (57 – 112 días) Alimento húmedo Niveles de lodos (% MS) NRC (1998) (kg d-1) Control 10 20Pienso crecimiento 2.90 2.61 2.32 -Lodo fermentado - 1.73 3.47 -TOTAL 2.90 4.34 5.78 -TOTAL MS 2.61 2.61 2.61 2.60Consumo PB/ g d-1 391 391 391 390Consumo ED/ MJ d-1 40.1 39.2 38.6 41.3Consumo Ca/ g d-1 15.6 24.5 33.9 13.8Consumo P/ g d-1 14.3 20.9 28.7 12.3Relación Ca/ P 1.1 1.2 1.2 1.1Una vez sacrificados los cerdos se valoraron macroscópicamente los órganos y lasvísceras. Además, con el propósito de estudiar el grado de aceptación de la carne, serealizó una prueba de palatabilidad con un panel integrado por 12 miembros, siguiéndoseel procedimiento descrito por Díaz et. al. (1981).Análisis estadísticoLos resultados se procesaron mediante análisis de varianza clasificación simplecorrespondientes al modelo del diseño de bloques al azar y pruebas de rangosmúltiples de Duncan (1955). Los resultados de la prueba de aceptación de la carne seprocesaron mediante un análisis de comparación de proporciones (Steel y Torrie,1988).RESULTADOS Y DISCUSIÓNExperimento No. 1: Utilización del lodo fermentado en cerdos de crecimiento. Balance de nitrógeno, energía y minerales.No se encontraron diferencias en las digestibilidades del nitrógeno, energía y fósforopara los tratamientos en estudio y sí para la digestibilidad del calcio, que se incrementócon el aumento de la concentración de lodo fermentado en las dietas (Tablas 23, 24 y25). La digestibilidad y la retención del calcio aumentaron con el incremento de lodofermentado en las dietas al igual que la retención del fósforo. En la retención denitrógeno (Tabla 23), no se encontraron diferencias entre el control y el 10 % de lodofermentado. Sin embargo, cuando la concentración aumentó a 20 y 30 %, la cantidadde nitrógeno retenido disminuyó.
  28. 28. Resumen 28Tabla 23: Balance de nitrógeno en cerdos en crecimiento alimentados con diferentes niveles de lodo fermentado. Unidad Niveles de Lodo Indicadores de Control Fermentado ES + Medida 10 20 30Consumo de MS kg d-1 0.835 0.834 0.816 0.812 0.012Consumo de N g d-1 22.600 22.320 21.850 21.780 0.330N excretado g d-1 3.200 3.080 3.090 3.560 0.200N digerido g d-1 19.400ª 19.240ª 18.760ab 18.220b 0.330*Digestibilidad del N % 85.840 86.200 85.860 83.650 1.270N en orina g d-1 6.490ª 6.900ª 8.080b 8.230b 0.370N retenido g d-1 12.910ª 12.340ª 10.680b 9.990b 0.480**N retenido, % - 57.120ª 55.290ab 48.890bc 45.870c 2.040**consumidoN retenido, % digerido - 66.550ª 64.140a 56.930b 54.830b 2.040**Medidas con supraíndice desiguales indican diferencias a * P < 0.05, ** P < 0.001.Tabla 24: Balance de energía en cerdos en crecimiento alimentados con diferentes niveles de lodo fermentado. Unidad Niveles de Lodo Indicadores de Control ES + Medida 10 20 30Consumo de EB MJ d-1 15.00a 14.72a 14.90a 13.21b 0.22***Excreción fecal MJ d-1 1.93 1.90 2.00 2.06 0.11Energía Digestible MJ d-1 13. 07ª 12.82ª 12.90a 11.15b 0.22***Digestibilidad. de la energía % 87.13 87.09 86.58 84.41 0.92Medidas con supraíndice desiguales indican diferencias a P < 0.001.
  29. 29. Resumen 29Tabla 25: Balance de calcio y fósforo en cerdos en crecimiento alimentados con diferentes niveles de lodo fermentado (LF). Unidad Niveles de LF Indicadores de Control ES + Medida 10 20 30Consumo de Ca g d-1 7.22a 7.26a 9.21b 12.58c 0.37*** -1Ca excretado gd 2.91 2.53 2.68 3.22 0.19 a ab bc cDigestibilidad del Ca % 59.70 65.15 71.90 74.40 2 71** -1Ca en orina gd 1.97 2.02 1.93 1.92 0.24 -1 a a b cCa retenido gd 2.34 2.71 4.60 7.44 0.36***Ca retenido, % - 32.41a 37.33a 49.95b 59.14c 2.84***consumidoConsumo de P g d-1 5.78a 6.83b 7.32b 8.76c 0.26*** -1 a a ab bP excretado gd 2.26 2.50 2.70 3.32 0.28*Digestibilidad del P, % 60.90 63.40 63.11 62.10 2.37P en orina g d-1 0.10a 0.09a 0.22b 0.37c 0.03*** -1 a b b cP retenido gd 3.42 4.24 4.40 5.07 0.21***P retenido, % consumido - 59.17 62.08 60.10 57.89 2.66Medidas con supraíndice desiguales indican diferencias a * P < 0.05, ** P < 0.01 y *** P <0.001Experimento No. 2: Utilización del lodo fermentado en cerdos en crecimiento y ceba. Indicadores productivos.En ninguno de los tratamientos ocurrieron muertes u otros síntomas que hicieranecesario recurrir a tratamientos veterinarios. Todos los animales consumieron elalimento y su aspecto exterior fue bueno. Durante la etapa de crecimiento (Tabla 26) nose encontraron diferencias en el peso final entre los tratamientos control, 10 y 20 % delodo fermentado, mientras que en la ganancia diaria de peso sólo no difirió del control,el correspondiente al 10 %. Como era de esperar, en la medida que aumentó elporcentaje de lodo fermentado en las dietas, las conversiones del pienso y el lodofermentado, disminuyeron y aumentaron, respectivamente.Entre el control y el tratamiento de 10 % de lodo fermentado no se manifestarondiferencias en la conversión proteica, deprimiéndose cuando la inclusión de lodofermentado fue de 20 %. Como se observa en la tabla 27, el tratamiento del 10 % de
  30. 30. Resumen 30lodo fermentado no presentó diferencias con el control en el peso final, la gananciadiaria y las conversiones total y proteica. Estos indicadores se deprimieron cuando loscerdos fueron alimentados con la dieta de 20 % de lodo fermentado.Tabla 26: Comportamiento de cerdos en crecimiento alimentados con diferentes niveles de lodo fermentado (20 – 55 kg de peso vivo). Niveles de lodo/%MS Indicadores Control ES + 10 20 30 Peso inicial, kg 23.70 24.40 24.20 24.80 0.30 Peso final, kg 57.70a 55.90a 53.40a 49.50b 2.00* Ganancia diaria, g d-1 607.00a 563.00a 521.00b 441.00c 15.00*** Conversión (kg materia seca consumida/kg de aumento de peso) Pienso 3.05a 2.96a 2.84b 2.82b 0.03* Lodo - 0.33a 0.71b 1.21c 0.02*** a ab b c Total 3.05 3.29 3.55 4.03 0.09*** a a a b Proteica 0.49 0.50 0.54 0.64 0.02***Medidas con supraíndice desiguales indican diferencias a * P < 0.01 y *** P < 0.001.Tabla 27: Comportamiento de cerdos en crecimiento – ceba alimentados con diferentes niveles de lodo fermentado. Niveles de lodo/%MS Indicadores Control ES + 10 20 Peso inicial, kg 23.70 24.40 24.20 0.30 Peso final, kg 101.00a 95.70ab 91.10b 2.10** Ganancia diaria, g d-1 690.00a 637.00ab 598.00b 23.00** Conversión (kg materia seca consumida/kg de aumento de peso) Pienso 3.19a 3.05b 2.88c 0.04** Lodo - 0.34a 0.74b 0.03*** a a b Total 3.19 3.39 3.62 0.07** a ab b Proteica 0.47 0.50 0.53 0.02*Medidas con supraíndice desiguales indican diferencias a * P < 0.05, ** P < 0.01 y ***P < 0.001.
  31. 31. Resumen 31La prueba de palatabilidad (Tabla 28), no arrojó diferencias entre los tratamientos encuanto a grado de aceptación, sabor y jugosidad de las carnes. De esta forma quedódemostrado que la presencia del lodo fermentado en las dietas, a las concentracionesestudiadas, no origina alteraciones en las propiedades organolépticas de la carne.Tabla 28: Resultados de la Prueba de palatabilidad. TratamientosMediciones Respuestas ES + Control 10 % LF 20 % LF I (n = 21) 0.29 0.33 0.38 0.10 Grado de II (n = 21) 0.50 0.33 0.17 0.14 aceptación III (n = 3) 0.00 0.33 0.67 0.27 I (n = 3) 0.33 0.33 0.00 0.24 Sabor II (n = 11) 0.18 0.36 0.45 0.14 III (n = 23) 0.39 0.30 0.30 0.10 I (n = 12) 0.42 0.17 0.42 0.14 Jugosidad II (n = 24) 0.29 0.42 0.29 0.10 CAPÍTULO VI Análisis de viabilidad económica y ambientalOBJETIVOSValorar los beneficios económicos y ambientales que se derivan del uso de lodosanaerobios porcinos fermentados como alimento para cerdos en crecimiento y ceba.MATERIALES Y MÉTODOSSe consideró el establecimiento de un procedimiento para el aprovechamiento integral delos productos que se generan en la digestión anaerobia de excretas porcinas,planteándose los siguientes usos: Biogás: como fuente de calor directa para la sedimentación del efluente del digestoranaerobio y la cocción de alimentos. Lodos anaerobios fermentados: en la alimentación de cerdos en crecimiento-ceba. Sobrenadante de la sedimentación del efluente del digestor anaerobio: para labiofertilización de cultivos aledaños a la planta de tratamiento.
  32. 32. Resumen 32El sistema de tratamiento estará conformado por las siguientes operaciones unitarias: Recolección de las excretas por raspado y traslado a la poceta de alimentación deldigestor anaerobio. Digestión anaerobia de las excretas porcinas mezcladas con agua, en un reactorsemicontinuo de primera generación (Noyola, 1994), de 12.5 m3. Calentamiento y decantación del efluente del digestor anaerobio en un sedimentadordiscontinuo de 0.425 m3.Fermentación del lodo sedimentado mezclado con miel final en un fermentadorsemicontinuo de 0.660 m3.Se determinaron los indicadores económicos: costo de inversión, costo de operación,valor de la producción, tasa de rentabilidad y período de recuperación siguiendo loreferido por Santiesteban (1992).Para el análisis de viabilidad ambiental, se determinó la eficiencia del proceso calculadaa partir del contenido de sólidos totales y sólidos volátiles en el afluente del digestoranaerobio y el sobrenadante de la sedimentación. En este último se analizó además laconcentración de sólidos fijos, sólidos suspendidos, sólidos disueltos y demandaquímica de oxígeno de acuerdo con APHA (1995); nitrógeno, fósforo, pH, y nitrógenoamoniacal de acuerdo con las técnicas referidas en el capítulo III.RESULTADOS Y DISCUSIÓNEn la tabla 29 se muestra el valor de la producción anual de cada uno de los productosque se generan en el digestor anaerobio así como el valor anual asociado. El lodofermentado como alimento para cerdos representa alrededor del 49 % del valor total dela producción.Tabla 29: Valor anual de la producción Valor de la producción Producto Usos % del Total (USD año-1) Biogás Combustible 257.96 15.92 Lodo fermentado Alimento animal 1 272.30 78.54 Sobrenadante Biofertilizantes 89.59 5.54 Total - 1 619.85 100
  33. 33. Resumen 33El cálculo de los indicadores económicos (Tabla 30), reveló que pueden alcanzarseganancias de consideración una vez recuperada la inversión, con un tiempo deamortización de 0.36 años, aproximadamente 4.3 meses. Estos indicadores,conjuntamente con los altos índices de la tasa de rentabilidad y de la relaciónganancia/costo, demuestran que la estrategia planteada constituye una alternativaeconómicamente atractiva para el reciclaje de los productos que se generan en ladigestión anaerobia de excretas porcinas.Tabla 30: Indicadores económicos. Unidad de Indicadores Valor medidaA. Costo de Inversión USD 411.18 -1B. Valor de la producción USD año 1 619.85 -1C. Costo de operación USD año 487.56D. Ganancia USD 1 132.29E. Relación D/C - 2.32F. Tasa de rentabilidad - 2.75G. Período de recuperación años 0.36Las eficiencias referidas a sólidos totales y sólidos volátiles (Tabla 31) sonconsiderablemente mayores a las que se alcanzan en el digestor anaerobio, no obstante,las concentraciones de los indicadores químicos analizados en el sobrenadante,continúan siendo altas, principalmente la demanda química de oxígeno, sólidos volátilesy sólidos suspendidos, para ser vertidas a las aguas terrestres y al alcantarillado (NC27:1999). Por tanto el aprovechamiento de estas corrientes en el fertirriego, además delas ventajas planteadas con anterioridad, evita recurrir a postratamientos para reducir lacarga de vertimiento.Tabla 31: Eficiencia en la remoción de sólidos Sólidos/kg d-1 Productos ST s SV sAfluente del Digestor Anaerobio 15.62 0.86 12.14 0.77Sobrenadante de la sedimentación del 2.46 0.46 1.37 0.27efluente del Digestor AnaerobioEficiencia/ % 84.25 - 88.71 -
  34. 34. Resumen 34 CAPÍTULO VII Discusión GeneralLos resultados experimentales cumplieron con la hipótesis de trabajo propuesta, puestoque mediante la aplicación de procesos de sedimentación y fermentación, se logróincrementar el valor biológico e higiénico-sanitario del efluente del digestor anaerobio,demostrándose la posibilidad de usar el producto final como sustituto del 10 % dealimentos tradicionales utilizados en las etapas de crecimiento y ceba de cerdos.La alta variabilidad en la concentración y naturaleza de los constituyentes de losefluentes de digestores anaerobios es una de las dificultades que han presentadodiferentes investigadores en trabajos de evaluación de estos productos como alimentopara cerdos (Dawen, 1990; Tong, 1995 y Moser et. al., 2000). En el presente trabajo loscoeficientes de variación de los indicadores bromatológicos fueron inferiores al 10 %(Tabla 14), siendo en los casos de la proteína, la energía bruta, el calcio y el fósforomenores de 7 %. En esto influyó la constancia en el sistema de alimentación y manejode los cerdos, así como el control ejercido en los procedimientos para la carga yoperación del digestor.Durante la digestión anaerobia la eficiencia en la reducción de sólidos volátiles, laproductividad y rendimiento de metano, estuvieron en correspondencia con la modalidadtecnológica del digestor, la naturaleza del residual a tratar y los indicadores de operaciónprefijados. Como resultado del proceso se obtuvo un efluente constituido por sustanciasde interés nutritivo aunque su uso como alimento para cerdos no es atractivo debido a labaja concentración de nutrimentos, alta concentración de nitrógeno no proteico,fundamentalmente en forma amoniacal y valores de los indicadores sanitarios porencima de los límites máximos permitidos para la alimentación animal (CNHA, 2002).Ante esta situación y con el propósito de optimizar el número y tipo de variablesutilizadas en la caracterización bromatológica, lo cual conllevaría ahorrar recursos ytiempo, se decidió aplicar como herramienta de trabajo la técnica de análisismultivariado: componentes principales. Los resultados mostraron, en primer lugar, que elmomento en que se desarrollaron las corridas analíticas no fue un factor de importanciaen la varianza del experimento, lo que está en correspondencia con lo discutidoanteriormente acerca de la baja variabilidad de los indicadores determinados. Ensegundo lugar, de los 13 indicadores medidos, sólo bastan 5 para el control rutinario dela calidad de este producto.La estrategia planteada para el postratamiento del efluente del digestor anaerobio se basóen concentrar nutrimentos por sedimentación, seguido de un proceso fermentativo dondese empleó como inóculo un cultivo de Lactobacillus y Streptococcus. Las tecnologíastradicionales aplicadas a estos tipos de productos con este propósito se basan en el usode floculantes, centrífugas, filtros prensa y de tambor rotatorio (Cast, 1996 y Lasseur,
  35. 35. Resumen 351997), lo cual tiene asociado la inversión de cantidades importantes de capital,conjuntamente con los costos asociados a la operación de estos equipos. Esta situaciónhace prácticamente inaccesible la utilización de estas tecnologías a la mayoría de losnecesitados, fundamentalmente al pequeño y mediano productor de carne de cerdo enpaíses en vía de desarrollo. En el presente trabajo la sedimentación del efluente del digestor, mediante unpretratamiento térmico a 55°C, aumentó la concentración de nutrimentos en el lodosedimentado en más de un 50 %, utilizándose como fuente de calor una fracción delbiogás generado en la planta de tratamiento. De esta forma una parte de la energíaproducida en la biodepuración del residual, se recicló para el postratamiento del efluentelo que sin dudas minimiza los costos y contribuye al saneamiento ambiental debido a lasustitución de combustibles fósiles por una fuente de energía renovable.Por otra parte, la fermentación benefició de manera apreciable la potencialidad nutritivadel lodo sedimentado, al aumentar la concentración de proteína verdadera, aminoácidosy energía bruta. La reducción del pH, hasta valores inferiores a 5 unidades por laproducción de ácidos grasos volátiles y ácido láctico, redujo hasta valores inferiores allímite máximo permisible, el número más probable de microorganismos patógenosinicialmente presentes en el efluente del digestor.Los resultados en la pruebas biológicas demostraron que el procedimiento aplicadomejoró el grado de aceptación del producto, pues los cerdos consumieron la totalidad dela ración, inclusive en el tratamiento de 30 % de inclusión, durante el experimento debalance metabólico. Observaciones realizadas en pruebas preliminares habían mostradoque el efluente del digestor anaerobio, solo o mezclado con pienso, no fue consumidopor los animales durante 24 horas de exposición.Con la inclusión del lodo fermentado en las dietas para cerdos en crecimiento y ceba, seobtuvieron ganancias diarias y eficiencias alimentarias superiores a las referidas en otrostrabajos (Dawen, 1990 y Tong, 1995), con efluentes de digestores anaerobios deresiduales porcinos y comparables con los informados en estudios con productos ysubproductos agropecuarios e industriales (Figueroa, 1996; Lezcano et. al., 1997 yCampabadal y Navarro, 2001). Los resultados del balance metabólico sugieren que elvalor de estos indicadores productivos pudiera estar influido, fundamentalmente, por lapresencia de formas de nitrógeno no asimilables por los cerdos y por un posibledesbalance en la cantidad y relación de los aminoácidos con el aumento del lodofermentado en las dietas, obstáculos que pueden ser salvados en la medida que seprofundice en el conocimiento de la estructura y características nutritivas de la proteínadel producto.
  36. 36. Resumen 36Otro resultado de interés derivado del experimento de balance metabólico fue elincremento de la retención del calcio y el fósforo con el aumento de la cantidad de lodofermentado en las dietas. Todo parece indicar que este producto aporta cantidades decalcio y fósforo en forma asimilable para los cerdos, sin descartarse la posibilidad de quecontenga enzimas y otros metabolitos que influyan positivamente en el aprovechamientode estos nutrimentos.Es conocido que como resultado de la intensificación y el vertimiento incontrolado delos residuales de la crianza porcina al medio ambiente, se originan grandes problemas decontaminación del agua, el suelo y la atmósfera. Para mitigar este efecto se aplicandiferentes tecnologías que tienen como característica común un alto costo de inversiónde capital. Según Pérez (2002), los costos totales de tratamiento se encuentran entre1.6-2.9 % de los costos totales de producción y la inversión en la construcción de lasplantas de tratamiento tiene asociado un costo entre 5-10 % respecto al costo total. Sinembargo, la tecnología de digestión anaerobia, debido al valor monetario de losproductos que genera y a la eficiencia en la remoción de contaminantes, constituye unode los procedimientos de mayor impacto económico y ambiental, ya que logra minimizarla contaminación, resultando posible la recuperación de la inversión de capital inicial.Los resultados obtenidos demostraron que el reciclaje del lodo fermentado comoalimento para cerdos origina altas tasas de rentabilidad y de ganancias netas anuales, loque provoca que el tiempo de amortización del capital inicial invertido sea inferior a 5meses. Con esta estrategia se propicia que la eficiencia del proceso, referida a sólidosvolátiles removidos, aumente desde 53.29 % alcanzado en el digestor anaerobio, hasta88.71 %, al considerar la cantidad de sólidos reciclados como alimento.El análisis integral de estos resultados contribuye al conocimiento y aprovechamiento delos productos que se generan en la digestión anaerobia de excretas porcinas, lo que sientalas bases para la concepción de nuevas estrategias sostenibles de producción animal enpaíses en vías de desarrollo, cuyo problema principal es la obtención de alimentos y que,sin una solución técnica, social y económica, será difícil evitar su negativa acción sobreel medio ambiente. CAPÍTULO VIII ConclusionesLa potencialidad del efluente del digestor anaerobio como alimento para cerdos estálimitada por la baja concentración de nutrimentos, alta concentración de nitrógeno enforma amoniacal y valores de indicadores sanitarios mayores al limite máximopermisible.
  37. 37. Resumen 37El momento en que se realizaron los muestreos no fue un factor de importancia en lavariabilidad de los indicadores fermentativos y de la calidad del efluente del digestoranaerobio. La temperatura media ambiental en el intervalo de 17.8 – 28.0 °C, no influyó en el valory la variabilidad de la eficiencia y el rendimiento de la digestión anaerobia.Se demostró que la concentración de materia seca, proteína verdadera, nitrógenoamoniacal, pH y fibra ácida detergente explican el 70.7 % de la varianza total de losindicadores bromatológicos del efluente del digestor y por tanto, pueden ser utilizadospara el control rutinario de la composición de este producto.Se logró incrementar en más de un 50 % la cantidad total de nutrimentos en el lodosedimentado mediante el calentamiento previo hasta 55 °C del efluente del digestoranaerobio.La fermentación del lodo sedimentado con un cultivo de Lactobacillus bulgaricus yStreptococcus thermophilus, incrementó su calidad biológica e higienico-sanitaria,generándose un producto (Lodo Fermentado) que puede ser utilizado como alimento paracerdos.Se alcanzan altas digestibilidades de la energía, el nitrógeno y los minerales mediante eluso del lodo fermentado como sustituto de hasta un 30 % del trigo y la soya en dietas paracerdos en crecimiento.Con el aumento de la cantidad de lodo fermentado en las dietas para cerdos encrecimiento se logró mejorar la eficiencia en el aprovechamiento del calcio y el fósforo,lo cual pudo estar influido por las transformaciones del afluente del digestor durante losprocesos de digestión y fermentación anaerobia.Se demostró que la eficiencia en el aprovechamiento del nitrógeno en cerdos encrecimiento se deprimió con el aumento del lodo fermentado en dietas lo que estuvodeterminado por el incremento de la cantidad de nitrógeno en forma amoniacal y por unposible desbalance en la cantidad, relación y disponibilidad de los aminoácidos.Con la inclusión de lodo fermentado hasta un 20 % en la dieta de cerdos en crecimiento –ceba, se logran ganancias diarias de alrededor de 600 g y mejoras en la conversión delpienso, sin afectar las propiedades organolépticas de la carne. Esto propició unadisminución en los costos por concepto de alimentación y producción de carne.Con el uso de lodo fermentado como sustituto del 10 % del trigo y la soya en la dieta decerdos en crecimiento y ceba, se logra que la inversión del capital inicial se recupere enun período menor de 5 meses, con el beneficio adicional de tener ganancias netas anualessuperiores a los costos de operación y de inversión.La digestión anaerobia de excretas porcinas y el reciclaje de los efluentes del digestor enel fertirriego y la alimentación de cerdos, constituye una alternativa atractiva en elcontexto de un sistema sostenible de producción animal.
  38. 38. Resumen 38 CAPÍTULO IX RecomendacionesRealizar estudios sobre la optimización de los nutrimentos del lodo fermentado en laalimentación cerdos.Propiciar el establecimiento de proyectos de investigación - desarrollo e innovacióntecnológica para el tratamiento anaerobio de residuales porcinos donde se incluyanalternativas para el reciclaje de los lodos anaerobios.
  39. 39. CAPÍTULO X Bibliografía Básica ConsultadaAngelidaki, I. & Ahring, B. K. 1999. Methods for increasing the biogas potential fromthe recalcitrant organic matter contained in manure. II International Symposium onAnaerobic Digestion of Solid Waste, Vol I, Barcelona, Span, 15-17 June, p. 375 – 380.AOAC, 1995. Official Methods of Analysis of AOAC, 16th ed. Vol. 1, Washington,USA, 1987p.APHA (American Public Health Association). 1995. Standard Methods for theExamination of water and wastewater, 19th ed., APHA-AWWA-WEF, Washing-ton,USA, 1812p.Barten, D, & Verstraete, W. 1993. In reactor anaerobic digestion of MSW organics –science and engineering of compost – design. In: Hoitink, H. A. J. and Keener, H. M.Eds. Environmental, Microbiological and Utilization Aspects. Ohio State University,EUA, p. 111 – 130.Benítez, F.; Sánchez, E.; Montalvo, S.; Travieso, L.; Ramos, C.; Milán, Z. &Rovirosa, N. 1998. Tratamiento de residuales porcinos. División de Estudios sobrecontaminación ambiental. Reporte Técnico, Centro Nacional de Investiga-cionesCientíficas, La Habana, 100p.Bermúdez, Rosa C. 1997. Aprovecha-miento biotecnológico de residuos porfermentación anaerobia, en obtención de biogás y otros metabolitos, Colegiatura deMaestría en Biotecnología, ESPOCH, Riomamba, Ecuador, 50p.Bermúdez, Rosa C.; Valdés, W. & Díaz, E. 1993. Fermentación anaerobia en laproducción de biogás. Compilación Bibliográfica. Centro de Estudios de BiotecnologíaIndustrial, Universidad de Oriente, Stgo de Cuba, 50p.Biochrom, 1986. Amino Acid Analysis. Theory and Laboratory Techniques. HandbookLKB Biochrom, 343p.Bonmatí, A.; Flotants, X.; Mateus, L. & Campos, E. 2000. Estudio de la hidrólisistérmica como pretratamiento de la digestión anaerobia mesofílica de purines de origenporcino, VI Seminario Latinoamericano de Digestión Anaerobia, Recife, Brasil, 5–9 denoviembre, p. 41.Cai, T. & Sander, J. E. 1995. Fermentation mixture formulation and the preservation ofpoultry carcasses. Applied Poultry Research, 4(1) 88–93.

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