Prueba al nivel de campo y escalado a planta piloto del proceso de producción de biofertilizante

Indice
1.
Introducción
2. Metodología.
3. Modelo matemático para la curva
de calibración
4. Propuesta de diseño de la
planta piloto.
5. Escalado del proceso y propuesta de
diseño de la planta piloto
6. Referencias

1.
Introducción

Dentro del grupo de
bacterias
fijadoras de nitrógeno, se encuentra Azotobacter
chroococcum, la cual es una de las más estudiadas [1]. A
pesar de las propiedades que esta posee como fijadora de
nitrógeno, la proporción en que se encuentra en la
rizosfera de las plantas no es lo
suficiente para efectuar su acción benéfica a las
plantas [2]. Por esta razón y en vistas a incrementar los
cultivos nacionales y el enriquecimiento de nuestros suelos, se
realizó en Nicaragua en la Universidad
Nacional de Ingeniería (UNI), investigaciones
sobre esta bacteria en cuanto a: Aislamiento y
purificación de la especie bacteriana [3], Selección
del medio de fermentación y Formulación del medio
de fermentación con melaza nacional, utilizando para ello
técnicas microbiológicas
tradicionales, (algunas de ellas modificadas y adaptadas a la
especie chroococcum), además, los principios
básicos de fermentación bacteriana [4, 5]. En cada
una de estas etapas se utilizó como patrón la cepa
ATCC (American Type Culture Collection) 9043, cultivo puro de
Azotobacter chroococcum de clima
trópical. Todo lo anterior con el objetivo de
determinar las mejores condiciones para la producción del
biofertilizante apartir de

Azotobacter chroococcum, a escala de
banco de
laboratorio.
El aislamiento y purificación [6] se llevó a cabo
utilizando el método de
Winogradsky [1] aprovechando los suelos sembrados con Tempate de
la Universidad Nacional de Ingeniería UNI-Simón
Bolívar y Recinto Universitario Pedro Arauz Palacios
(UNI-RUPAP), pues estos habían sido inoculado con
BIOSTIN-1, biopreparado a base de Azotobacter chroococcum y otras
bacterias del suelo,
traído de la Academia de Ciencias de la
Habana, Cuba. Se
lograron aislar dos cepas bacterianas nativas V y XX [2] las
cuales se desarrollaron en medio natural melaza y en medio
sintético 77 de Fred y Waksman modificado, dando un aporte
científico-técnico al país, al presentar una
alternativa biológica confiable, como lo es un
fertilizante natural obtenido de nuestros suelos, y
económica puesto que se logró reducir el costo de
formulación del medio de fermentación modificado.
[6]. Hasta aquí, se contaba con dos cepas nacionales de
Azotobacter chroococcum, a las cuales era necesario determinarles
la eficiencia como
fijadoras de nitrógeno y productoras de sustancias
fisiológicamente activas que estimulan el desarrollo de
las plantas para su posible utilización como
biofertilizante, de lo cual dependerá su producción
a gran escala. Dadas las propiedades que como bacteria fijadora
de nitrógeno [7], contiene Azotobacter chroococcum en
cuanto a estimular la germinación de semillas y acelerar
el desarrollo de algunas especies vegetales, nuestro
propósito es aplicar el biofertilizante preparado a partir
de Azotobacter chroococcum, tanto en fase vivero, como en
plantación y fructificación del tempate y el
tomate, ya que dentro del proyecto de
investigación Austríaco *BIOMASA* de la
Universidad Nacional de Ingeniería (UNI), se está
llevando a cabo investigaciones sobre el aprovechamiento de la
semilla de tempate para extraer aceite de la misma y utilizarlo
como un sustituto del Diesel [8]. Con fines de comprobar la
eficiencia de las cepas aisladas, se pretende en el presente
trabajo realizar ensayos a
nivel de campo en cultivos de tempate y tomate, aplicando el
biopreparado en medio líquido a base de cada una de las
cepas aisladas, tomando como patrón ATCC 9043. A su vez se
pretende presentar una propuesta de planta piloto para la
producción del biofertilizante a base de Azotobacter
chroococcum. Haciendo uso para esto de una estrategia
particular del escalado que es ejecutada para mantener un
parámetro constante desde el laboratorio hasta el escalado
de una planta de fermentación [9 – 10].

2. Metodología.

Para la inoculación del campo con el biopreparado
a base de Azotobacter chroococcum se produjeron en el laboratorio
las cepas ATCC, V y XX (no menos de 1 litro por cepas); para esto
la parte agrícola preparo el área de siembra,
limpieza del área, trazado de las dimensiones en el campo,
poda de los árboles
y preparación del material vegetativo. Para garantizar el
cumplimiento de lo antes descrito y obtener resultados
cuantitativos, se tomaron en cuenta los siguientes procedimientos y
técnicas [11].

Reactivación de cepas bacterianas: Para reactivar
la bacteria se utilizó el medio de cultivo 77 de Fred y
Waksman modificado sólido. El medio de cultivo se vierte
en placas Petri y tubos de ensayos aproximadamente 10 ml, luego
de esto se procede a sembrar las cepas (ATCC, V y XX), en
condiciones de esterilidad. Colocar las placas y los tubos en una
incubadora a 37 0C por un día [2]. Luego de
esto se prepara el pre-inóculo en medio líquido de
cada una de las cepas, para ser puesta en shaker durante 12 horas
(se detiene el proceso en fase exponencial), para luego preparar
el inóculo [6].
Preparación del inóculo. Para la preparación
del inóculo, este debe cumplir con los siguientes
requisitos: El cultivo puro debe ser metabólicamente
activo y libre de contaminantes. El inóculo debe estar en
su fase exponencial (grado máximo de desarrollo
después de cada división celular). Se debe disponer
de una cantidad de cultivo suficiente para inocular el volumen de medio
líquido a utilizar en la fermentación, el cual debe
estar entre el 3-10 % del volumen total a fermentar [12]. Dentro
del desarrollo y crecimiento de cada cepa bacteriana (V, XX y
ATCC 9043), en las proporciones requeridas para aplicar al campo
(1 litro por cada cepa) utilizando como pre-inóculo el
obtenido en el paso anterior, se procuró obtener los
inóculos en su fase exponencial [9-13-14], con una
concentración de biomasa del orden
108-109 células/ml
[15]. En las aplicaciones posteriores en el campo para la
preparación del inóculo se utilizó como
medio nutritivo melaza nacional de AGROINSA (Agroindustrial
Azúcarero, S.A)

Clarificación de la melaza: De la miel
traída de AGROINSA se diluyeron 4 litros de melaza con 1
litro de agua (el grado
de dilución deberá ser definido acorde con, los
resultados que se obtengan de una prueba analítica para
definir concentración de azúcares reductores en la
miel final, una vez que ha sido clarificada), para clarificar a
una temperatura de
85 0C usando como medio de calentamiento agua
destilada a una temperatura de 100 0C. Luego de
alcanzar la melaza 85 0C se deja por 3 horas
más en el termostato. Al finalizar esto se lleva a la
cámara de flujo laminar con flujo vertical para evitar
contaminación [16]. Para determinar la
cantidad de azúcar
reductor, se utilizo el Método volumétrico de Lane
y Eynon.[17 – 18]

Técnicas microbiológicas. Transferencia de
colonias seleccionadas [19], Prueba de quiste [20],
Tinción de gram [21]. Prueba de cápsula
[20].

Prueba de germinacion de semillas de tomate. El
experimento se llevo a cabo en el laboratorio de biotecnología el cual consistió en
determinar el porcentaje de germinación de semillas de
tomate (Variedad HYPEEI 108) aplicando el biofertilizante
preparado con cada una de las cepas (Cepa V, Cepa XX, ATCC) y
tomando como testigo material fertilizado (MF) y material no
fertilizado (MNF) utilizando la técnica de bandejas de la
industria
Naturas (Nandaime). Se procedió de la siguiente manera: Se
utilizaron tres bandejas. Cada bandeja tiene la capacidad de 200
plántulas. Se siembra de una o dos semillas por cada
celda, se riega periódicamente de acuerdo con las
exigencias de humedad y se espera el tiempo requerido
para la germinación de las semillas. [11]

3. Modelo
matemático para la curva de
calibración

Apartir de un inóculo de 50 ml de cada cepa
preparado con el medio líquido de 77 de Fred y Waksman
modificado, se hicieron una serie de diluciones celulares
(10-1, 10-2 hasta 10-8) [11]. A
cada una de estas diluciones se les midió absorbancia a
longitud de onda 750 nm. Y para conocer las unidades formadoras
de colonias por mililitro (UFC/ml) se aplicó el
método de conteo de colonias [22], utilizando el medio de
cultivo Ashby modificado [23] con estas mediciones se
construyó la curva de calibración. Para la curva de
crecimiento, posteriormente se preparó un
pre-inóculo de 50 ml con medio natural melaza de cada
cepa. Para garantizar el obtener inóculos en su fase
exponencial se determinó cada hora las UFC/ml a la misma
longitud de onda contando para ello con la curva de
calibración, cada una de estas mediciones se introdujo a
la curva de calibración, y a partir de los valores
obtenidos se construyó la curva cinética UFC/ml vs
tiempo (Fig. 4). A partir del inóculo de 50 ml preparado
con medio natural melaza para cada una de las cepas, se
inóculo un volumen efectivo de 500 ml. Para obtener la
curva cinética UFC/ml vs tiempo de esté
inóculo se procedió de igual forma [11].

Viabilidad del biopreparado en condiciones de
laboratorio. Para determinar la viabilidad se hizo un
inóculo de 50 ml de cada cepa con el medio líquido
77 de Fred y Waksman modificado. Almacenándose en refrigeración a una temperatura de 4-10
oC y observándose cada tres días
muestras en el microscopio
conservadolas bajo condiciones lo más higiénicas
posible para evitar contaminación [11, 15, 24] (Cuadro No
1)

Propuesta del proceso tecnológico de
biofertilizante a nivel de planta piloto. La materia prima
básica para la producción del biofertilizante son
las cepas nacionales de Azotobacter chroococcum. La materia prima
secundaria utilizada como nutriente es la miel final de
caña de 93.86oBrix aproximadamente, con una
viscosidad de
45,000 cp (Kg/m s) y un contenido de azucares reductores de 43.33
% [25]. Esta miel es sometida a un tratamiento previo
(clarificación) antes de su utilización en los
fermentadores [26]. Antes de iniciar la fermentación los
fermentadores se esterilizan hasta una temperaruta de 95
oC enfriándose luego a 35 oC.
Están equipados con un panel de control
con el cual se regulará el oxígeno, el pH, la
temperatura, el antiespumante (aceite vegetal), el nivel de
líquido y el flujo de aire [27]. El
proceso de fermentación es en serie; una línea de 2
fermentadores, que equivalen a la capacidad de la planta de
biofertilizante [28]. Para iniciar la fermentación se
prepara el primer fermentador de 50 litros el cual es inoculado
con el pre-inóculo de cultivo puro preparado en el
laboratorio y se comienza una fermentación discontinua
(batch). La fermentación se da por terminada en el momento
que alcanza el tiempo exponencial (aproximadamente 3 horas) y
pasa al siguiente fermentador (500 l), durante la
fermentación no se hace nuevas adiciones de melaza. El
concentrado es extraído del último fermentador y
pasa a un contenedor, posteriormente el producto se
envasa en recipientes estériles y luego estos se almacenan
en la cámara de frío la que garantiza un intervalo
de temperatura de 4 – 10 0C, evitando en todo momento
la congelación y ésta mantendrá a su vez los
requisitos higiénicos-sanitarios establecidos [24].(Fig
1)

Fig. 1
Diagrama de
flujo del proceso de biofertilizante

Fig. 2 Diagrama del
diseño
Propuesto de la planta piloto

4. Propuesta de diseño de la planta
piloto.

Consideramos las distintas agrupaciones de equipo
tecnológicos o secciones que conforman una
instalación completa que están divididas de la
siguiente manera. [29] Almacenamiento y
preparación de melaza, Preparación del
pre-inóculo, Fermentación, [30,31]. Almacenamiento
del producto, Laboratorio de control de
calidad. Suministro de energía
eléctrica, Suministro de agua para uso industrial,
Refrigeración y circuitos de
enfriamiento, Almacenamiento, Estación de aire para
fermentación, Estación de limpieza y
desinfección, Taller de mantenimiento,
Sistema contra
incendio [26]. La estación comprende: Dos fermentadores
piloto tipo Air-lift de capacidad (0.05 m3 y 0.5
m3). [22, 32]. Un tanque con capacidad 4 m3
para almacenar melaza cruda durante 1 mes, con bomba dosificadora
de acero inoxidable
que permite conocer la capacidad de la melaza que se va a
utilizar. Un tanque pesa de 2 m3 para melaza
prediluida. Un tanque intermedio para dilución y
precalentamiento de melaza. Dos clarificadores, una para
clarificar la melaza y la otra para recuperar los fangos. Un
intercambiador de placas para enfriamiento de la melaza. Un
tanque para almacenar melaza preparada de 2 m3. Cuatro
bombas de acero
inoxidable. Un contenedor de 0.4 m3. Nueve válvulas
manuales de
acero inoxidable para la instalación de las
tuberías entre los fermentadores y el tanque de melaza
preparada. Un armario de distribución eléctrica con
arrancadores y acumuladores (Fig. 2)

Resultados
Cultivos de tomate. El ensayo se
dividió en dos fases: Fase semillero y fase de
plantación final, aquí se utilizó un
diseño completo aleatorizado con cinco tratamientos y tres
réplicas y las variables
medidas fueron: Altura, grosor, número de hojas,
número de flores, número de frutos y peso del
fruto. Para todo el experimento se pudo observar un predominio de
la cepa V en el caso de este cultivo. En los semilleros
inoculados con la bacteria se obtuvo una aceleración de la
germinación de 4 a 6 días. En el transplante
definitivo se observó una aceleración de la fase de
floración y se obtuvo un incremento en la productividad
total alcanzada obteniéndose el mayor porcentaje de frutos
en plantas inoculadas con la cepa V que fue del 75% de incremento
con respecto a las demás variantes. (Fig. 3 A)

Para cultivos de tempate. Se efectuó el ensayo en 45
plantas de 1 año de edad y las variables medidas fueron:
Número de rebrotes (relación ramal/apical),
número de nuevas inflorescencias (relación
hembra/macho), número de infrutos, número de
frutos, número de abortos y peso del fruto (por planta).
Obteniéndose los mejores resultados con la cepa XX ya que
esta presentó el mayor número de rebrotes por
planta, el mayor número de inflorescencias y el mayor
rendimiento en frutos por planta que fue del 31.5 % de incremento
con respecto a las demás variantes. (Fig.
3B)

A

B

Fig. 3.Rendimiento porcentual de la cosecha de tomate
[A] y tempate [B]; Al evaluar el Biofertilizante a base de
Azotobacter chroococcum en comparación con el testigo
[fertilizante químico, Agua ].

Cuadro No 1 Determinación de la
viabilidad

Nuestros resultados para la prueba de envejecimiento
permiten determinar que las células se pueden conservar
durante un lapso de 4 meses o más en refrigeración
a una temperatura de 4-10 oC,
manteniéndolas en condiciones
asépticas. Durante todo el lapso de observación se tomaron muestras cada tres
días para ver la viabilidad del cultivo, durante los tres
meses no se presentaron indicios de contaminación sino que
al cumplir el cuarto mes observamos presencia de
contaminación de levaduras (S.cerevisiae) en los
inóculos preparados con las cepas XX y ATCC. (Cuadro
No 1)

fig.
4. Cinética del crecimiento bacterial del preinoculo con
medio natural melaza.

5. Escalado del proceso y
propuesta de diseño de la planta piloto

Una vez que se conoció la cinética
(Fig. 4) y comprobada la superioridad del medio natural
(melaza), que permitió obtener poblaciones de la bacteria
del orden 1010 células/ml del medio en
condiciones de laboratorio, el máximo valor que
puede obtenerse de acuerdo con el volumen de la célula
bacteriana, cien veces superior a la que se obtiene con los
medios
reconocidos internacionalmente, necesitando un tiempo menor de
fermentación es posible el desarrollo del proceso de
escalado de la producción a volúmenes superiores a
los producidos en el laboratorio [32]. En vista a la
aplicación tecnológica (Industrial) de las
capacidades de los microorganismos y la preservación del
medio
ambiente, los procesos
biológicos los cuales se obtienen por fermentaciones
microbianas (en nuestro caso fermentación aerobia) han
alcanzado un amplio desarrollo en la agricultura
especialmente las bacterias nitrificantes no simbióticas
[10]. Mediante aportes recientes de la ingeniería
utilizando estrategias de
escalado se pueden obtener mayores volúmenes de
producción de biopreparados utilizando biorreactores a
diferentes escalas de trabajo [33]. En nuestro caso para producir
mayor volumen de biofertilizante se tuvo que reproducir y ajustar
los resultados obtenidos en condiciones de laboratorio al
tamaño natural de la planta piloto [29, 31]. (Fig.
1)

Definición del producto: El producto principal a
obtener es el biopreparado a base de Azotobacter chroococcum con
una concentración de biomasa del orden 1010
células/ml que será empleado como biofertilizante
para sustituir los fertilizantes químicos, el
biofertilizante está caracterizado como un bien de
consumo final
duradero, ya que su vida útil no se extingue a medida que
se utiliza en los cultivos agrícolas ya que las bacterias
contenidas en el inoculante se establecen y se multiplican en el
suelo para formar poblaciones suficientemente elevadas, capaces
de producir una concentración de sustancias
fisiológicamente activas que permita su utilización
por las plantas y recíprocamente la bacteria en el suelo
se alimente de las sustancias nutritivas que le suministra la
planta a través de las secreciones radicales (15-24). Este
biofertilizante ha sido probado en otros países,
presentando mayor rendimiento que los fertilizantes
químicos con las ventajas que este producto no contamina
el ambiente y
además su proceso es sencillo, lo que resulta un beneficio
adicional para el país (15). En nuestro caso partimos de
proponer una planta piloto que tiene la capacidad de
producción de 133 m3/año, la cual
durante el primer año la producción será del
60 % que equivale al 79.8 m3 destinándose el 20
% para otros cultivos. (Cuadro No 2)

Cuadro No 2 Capacidad de la planta

Discusión.
Al evaluar los parámetros de campo para el cultivo del
tomate, los resultados obtenidos en el semillero mostraron una
germinación precoz de 4 a 6 días para el caso de
las réplicas en las que se utilizó el biopreparado,
mientras que con fertilizante químico y testigo (sin
utilizar nada más que agua) la germinación normal
fue de 8 días. El efecto estimulador sobre la
germinación se atribuye a la alta concentración de
sustancias fisiológicamente activas producidas por la
elevada biomasa bacteriana en el medio de cultivo [15, 33]
Nuestros resultados indican la posibilidad de acortar el periodo
que transcurre entre la fase de semillero y el momento en que las
plantas están listas para el transplante definitivo, ya
que el desarrollo es más rápido y se alcanzan las
características requeridas para que puedan
ser transplantadas en un tiempo menor, lo que se traduce en
ahorro de
agua, plaguicida y mano de obra [15, 33, 34]. Al culminar el
periodo del semillero, en el momento del transplante, la tierra
húmeda del semillero se adhiere a las raíces y es
llevada de esta manera al campo transplantado, con ésta
tierra se
trasladan elevadas poblaciones de Azotobacter chroococcum
desarrolladas a partir de la inoculación inicial del
semillero. Es decir que la acción de las bacterias no se
limita al semillero, sino que continua después del
transplante produciendo sustancias que actúan sobre la
floración, fructificación, rendimiento total y
calidad de los
frutos producidos, por lo que teóricamente se plantea que
desde el momento del trasplante (si se hace adecuadamente),
existe en el sistema radicular de las plántulas una
densidad
poblacional de microorganismos que se considera adecuada [15, 33]
De manera general se pudo observar que los frutos obtenidos
mediante la inoculación con la cepa V, resultaron ser
frutos con mayor peso y mejor apariencia. Los demás
tratamientos se comportan de manera muy similares entre si en
cuanto al control de peso y
apariencia. (Fig. 3 A)

El biofertilizante a base de Azotobacter chroococcum por
primera vez se aplicó a cultivos de tempate. Una vez
aplicadas las diversas cepas en el área seleccionada y
habiendo aplicado los dos tratamientos (fertilizante
químico y agua sola), se observó el
mayor número de brotes en las plantas inoculadas con la
cepa XX, en determinado momento del desarrollo el conteo de
flores fue el doble que en los campos testigos y en algunos de
estas la floración va en ascenso lo que indica que se ha
reducido el aborto floral
por la acción beneficiosa de la bacteria. En cuanto a los
resultados de la primera cosecha con la aplicación del
biopreparado, demuestran cuantitativamente que en las plantas
inoculadas hubo mayor producción y mejor calidad del
producto con la cepa XX, la cepa V aunque reportó valores por
abajo de los alcanzados con la cepa XX, cabe destacar que siempre
estuvieron por arriba de los alcanzados con la cepa de la ATCC y
con el fertilizante químico inclusive lo cual nos hace
contar con una cepa alternativa que también reporta buenos
resultados no sólo en el tomate en donde fue la mejor
cepa, sino también en tempate de llegar a ser necesaria su
utilización. El análisis de los resultados obtenidos con el
biofertilizante preparado con la cepa XX demostró ser el
más beneficioso, obteniéndose un 31.5% de
incremento de la producción con respecto al testigo y
superando en un 29 % de incremento a los rendimientos alcanzados
con el fertilizante químico que resultó ser 2% por
encima del testigo (agua sola) de referencia (Fig. 3 B). De
manera general estos resultados pudiesen ser mejorados si se toma
en cuenta el contenido de nutrientes existentes en el suelo y las
condiciones del mismo [1, 14]

Es importante destacar que en trabajos previos [6] se
había determinado el tiempo de producción en
alrededor de 8 horas, pero esto era factible siempre que el
proceso de preparación del pre-inóculo se hiciera
en medio líquido y partiendo de una azada de bacterias,
pero en nuestro caso el proceso se desarrolla en medio
sólido a partir de cuñas. Esta sencilla
modificación representa una reducción de alrededor
de 10 horas en el proceso productivo y puede sustentarse en el
hecho de que estamos partiendo de un mayor número de
microorganismos que se encuentran en condiciones de crecimiento
acelerado (fase exponencial) por lo que la fase lag (fase de
crecimiento lento y adaptación al medio) [13] se hace
mucho más corta. Al conocer la cinética
del crecimiento bacterial (Fig. 4), se preparó un
preinoculo el cual se sometió a prueba de envejecimiento
durante todo el periodo de investigación y se logró conocer que
el biopreparado permanece en refrigeración hasta
más de cuatro meses, siempre y cuando se mantenga bajo
condiciones adecuadas de temperatura (entre 4-9 oC),
condiciones lo más higiénicas posibles y siempre
que se evite que el medio llegue a secarse por completo. El
mantenimiento de estas condiciones garantiza un cultivo viable y
sin contaminación apreciable. [11]. Durante todo el lapso
de observación se tomaron muestras cada tres días
para ver la viabilidad del cultivo, durante los tres meses no se
presentaron indicios de contaminación sino que al cumplir
el cuarto mes observamos presencia de contaminación de
levaduras (S.cerevisiae) en los inóculos preparados con
las cepas XX y ATCC. La norma cubana permite la presencia de
levaduras en un intervalo de 10 a 12 cel/ campo [24] Para la
conservación del cultivo por períodos de hasta seis
meses es importante que el mismo se encuentre siempre bajo
condiciones reguladas de temperatura (entre 4-10 0 C),
temperaturas superiores a este intervalo provocan que se pueda
continuar con la multiplicación de los microorganismos a
velocidades mayores y esto en el tiempo repercute en el
agotamiento del sustrato, por lo que finalmente se podría
empezar a producir lisis bacterial por déficit de
nutrientes. Otra situación podría provocarse si la
temperatura se incrementase por encima de los 37 0 C,
en esta condición el fenómeno de lisis y muerte
bacterial se acelera y por ende la vida útil del
biopreparado podría verse disminuida hasta por el orden de
las 24 horas o menos. Temperaturas muy bajas e incluso
temperaturas de liofilización provocan efectos similares
en esta bacteria que los que se provocan en otros
microorganismos, o sea aunque se incremente el tiempo en que es
factible conservar el cultivo celular es importante considerar
reducciones en la viabilidad hasta del orden del 50% de los
microorganismos. Otros aspectos de interés a
considerar en la conservación de los cultivos es que los
mismos conserven, condiciones de humedad requerida e higiene que les
evite la
contaminación externa que haga que por competencia por
el sustrato se acelere la muerte
bacterial [11] (Cuadro No 1)

Mediante aportes recientes de la ingeniería
utilizando estrategias de escalado se pueden obtener mayores
volúmenes de producción de biopreparados utilizando
biorreactores a diferentes escala de trabajo [34]. Para producir
mayor volumen de biofertilizante se tuvo que reproducir y ajustar
los resultados obtenidos en condiciones de laboratorio esto
posibilito escalar el volumen al tamaño natural de la
planta piloto.[28, 36, 37].

En estudios anteriores realizados en otros países
se recomienda aplicar 0.01 m3 de biofertilizante
concentrado por hectárea en relación con el agua de
1:20 [33]. Este dato se tomo como referencias para poder escalar
el volumen necesario para suplir las hectáreas de cultivo
de tomate y tempate sembradas en el país teniendo en
cuenta siempre en cada etapa escalada el 10% en volumen
equivalente al factor de escala 10 que se encuentra dentro del
rango (5-15) que permite escalar el volumen de trabajo de
laboratorio al volumen de escala de planta piloto [38]. En
nuestro caso partimos de proponer una planta piloto que tiene la
capacidad de producción de 133 m3/año,
la cual durante el primer año la producción
será del 60% que equivale al 79.8 m3
destinándose el 20% para otros cultivos. Esta planta
durante los primeros dos años producirá cantidades
variables manteniéndose estable a partir del año
tres trabajando al 100% de su capacidad el resto de su vida
útil. Por otro lado para determinar el precio de
venta de un litro
de biofertilizante, nos basamos en la producción diaria de
la planta (317 l/día) y se totalizaron los costos de
operación resultando que un litro de biofertilizante se
comercializará a 1.63 $/l con un margen de ganancia del
40% sobre el costo del producto [39, 40].(Cuadro No 3)
(Fig. 2)

Cuadro No 3 Costos totales de operación para
producir 317 l/día de biofertilizante

.

El conocer los ingresos por
ventas y los
costos financieros facilitaron calcular el punto de
equilibrio que resultó ser de 55.90
m3/año logrando conocer la producción
mínima de la planta piloto para no incurrir en perdidas.
Al analizar el estado de
resultado permitió conocer que el proyecto es
rentable desde el primer año de operación de la
planta piloto.

6.
Referencias

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Resumen
Los biofertilizantes (biopreparados) a base de Azotobacter
chroococcum para su aplicación a los cultivos
agrícolas se presentan como una suspensión de
cultivo de esta bacteria, caracterizada por una super población de células obtenidas por
fermentación de cepas correctamente seleccionadas. La
aplicación agrícola a escala comercial de estos
biopreparados, representa enormes beneficios para el ambiente
dado que se disminuye la aplicación de químicos y
se devuelve paulatinamente al suelo a sus condiciones naturales
originales. En este trabajo se comprobó a nivel de campo
la acción fijadora de nitrógeno de las cepas
nacionales de Azotobacter chroococcum (Cepa V y Cepa XX) tomando
como patrón la cepa ATCC 9043, cultivo puro de Azotobacter
chroococcum de clima trópical de la American Type Culture
Collection (cepario de Maryeland, Estados Unidos) y
se escaló a nivel de planta piloto el proceso de
producción de biofertilizante a base de Azotobacter
chroococcum utilizando como medio nutritivo melaza nacional.
Está investigación se realizó en tres fases
experimentales que son: Evaluación de cepas de Azotobacter
chroococcum en campos experimentales de Tomate y Tempate,
obteniéndose el mayor porcentaje en frutos en plantas de
tomate inoculadas con la cepa v, con respecto al cultivo del
tempate se obtuvo el mayor rendimiento en frutos en las plantas
inoculadas con la cepa xx. En la segunda fase se determino la
viabilidad del biopreparado en condiciones controladas de
laboratorio y se logro conocer que permanece viable en
refrigeración hasta mas de cuatro meses. Para la ultima
fase se da la Propuesta del diseño de una planta piloto
para la producción de biofertilizante a partir de
Azotobacter chroococcum donde se analizo la evaluación
financiera permitiendo conocer que el proyecto es rentable desde
el primer año de operación
Palabras claves: Biofertilizante; Biopreparado; Fijación
de nitrógeno; Azotobacter chroococcum;
Escalado.

Autor:

Leandro PARAMO2. Ana GAITAN1. Evelyn
GARCIA1.

1 Trabajo de monografía para optar al titulo de Ingeniero
Químico, Laboratorio de biotecnología.
2 Investigador principal en el área de
Biotecnología, Tutor de tesis,
Vicedecano de la Facultad de Ingeniería Química,
Universidad Nacional de Ingeniería, Nicaragua