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FERMENTADOS PARA CRECER.
RESUMEN.
En los últimos años ha aumentado la popularidad de los fertilizantes orgánicos, esto
gracias a las graves afectaciones ambientales que trae consigo el uso de agroquímicos.
Los tíbicos son popularmente conocidos ya que se tiene la creencia de que el consumo
del agua obtenida de la fermentación de tíbicos con piloncillo, trae beneficios en la
salud como: la reducción del colesterol, estimular el sistema inmune, entre otros efectos
favorables sobre la salud. En este proyecto se propone la elaboración de un fertilizante
orgánico a base de fermentaciones de granos de tíbicos; aprovechar el proceso de
degradación de glucosa que llevan a cabo este conjunto de bacterias y levaduras, pero
en lugar de usar el común sustrato a base de piloncillo, se utilizaron residuos orgánicos,
específicamente cáscaras de plátano y naranja, ya que es un desecho muy común y al
cual le podemos sacar más provecho.
La eficiencia de este fertilizante se probó en el cultivo de semillas de frijol (Phaseolus
vulgaris), de alpiste (Phalaris canariensis) y lenteja (Lens culinaris), se llevó un control
semanal tanto para hacer un aseo de los tíbicos como para pesarlos con el objetivo de
ver cuál era el sustrato que mejor funcionaba (en comparación con el sustrato
comúnmente usado, el piloncillo). El tiempo de observación y estudio del crecimiento de
los cultivos fue de 2 meses (diciembre de 2017 a febrero de 2018), en este periodo se
observó el crecimiento de las plantas, la cantidad de hojas y el color de las mismas y
por el corto tiempo de experimentación, no se pudo llevar a cabo un análisis de la
producción de frutos; sin embargo la investigación continúa con el fin de obtener
información completa sobre la eficiencia del uso del líquido obtenido de la fermentación
de tíbicos utilizados como fertilizantes.
INTRODUCCIÓN.
Marco teórico.
Históricamente, estos granos de tíbicos surgen como una adaptación de los granos
de kéfir cultivados en leche, originarios de las montañas al norte del Cáucaso, una
región entre Europa del Este y Asia occidental, su nombre original significa “buena
sensación”, procedente de la palabra turca keif, debido a su sensación después de
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beberlo o debido a las propiedades saludables que se le atribuyen popularmente
[Catala, J 2013].
Los granos cultivados en soluciones de agua y azúcar son conocidos
como kéfir de agua, kéfir de azúcar o tíbicos; algunos autores indican que crecen sobre
las hojas de diversas especies de cactus del género Opuntia, y que son originarios de
México, con los cuales se elabora una bebida conocida popularmente como tepache.
Otros proponen que son originarios de Japón [Espinoza, 2012].
Las principales azúcares fermentables para una gran variedad de levaduras son la
glucosa y la fructosa; ya que los tíbicos degradan el azúcar para obtener energía, se
acostumbra usar como sustrato piloncillo, también conocido como panela, producto que
se obtiene de la evaporación de los jugos de la caña de azúcar y de la caña panelera
dando como resultado la cristalización de la sacarosa que contiene minerales y
vitaminas, fructosa y glucosa. Los tíbicos degradan la glucosa por medio de
fermentación alcohólica; este proceso inicia con la glucólisis, que consiste en una serie
de 9 a 11 reacciones (cada una catalizada por una enzima específica) que se llevan a
cabo en todas las células vivas, desde procariotas hasta eucariontes. Durante la
glucólisis el esqueleto de carbono se desmembra y sus átomos se reordenan paso a
paso; en las primeras reacciones de la glucólisis se necesita inversión de energía (2
ATP) [Barnés. et al, 2006]:
En las reacciones 1 y 3 se invierte energía por transferencia de un grupo fosfato
desde una molécula de ATP, una por cada reacción, a la molécula de azúcar.
La molécula de 6 carbonos se escinde en el paso 4 y a partir de este paso en
adelante, las reacciones liberan energía.
En el paso 5, dos NAD+ (dinucleótido de nicotinamida adenina, capaz de captar
un protón y dos electrones) se reducen a NADH y H+ almacenando parte de la
energía producida por la oxidación del gliceraldehído fosfato.
En los pasos 6 y 9, las moléculas de ADP toman energía del sistema y se
fosforila a ATP.
El producto final de la glucólisis es el piruvato; depende de las condiciones del medio
(presencia o ausencia de oxígeno), la forma en que se desecha este producto, el ácido
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pirúvico puede convertirse en etanol o en uno de varios ácidos orgánicos diferentes, de
los cuales el ácido láctico es el más común. En el caso de los tíbicos el piruvato
mediante una reacción de descarboxilación y reducción (del NADH) da como resultado
etanol y CO2, esta es una reacción anabólica. Este tipo de fermentación tiene gran
importancia en las industrias de producción de bebidas fermentadas como el vino o la
cerveza, estas bebidas tienen una concentración máxima del 13% de etanol. Cabe
mencionar que esta no es una ruta metabólica energética.
Es necesario que se sometan a un aseo las levaduras que están en fermentación, este
proceso es sumamente sencillo, consiste en enjuagar las levaduras y cambiar el agua
en el que estaban, esto con la finalidad de que la concentración de alcohol no sea
demasiada y las levaduras no mueran y no tengan aparición las bacterias de
putrefacción.
En este proyecto, se utilizan tíbicos con piloncillo como muestra testigo; pues en
realidad los sustratos a experimentar eran residuos orgánicos, específicamente
cáscaras de: plátano, piña, naranja y papaya; los cuáles serán probados como
fertilizante para tres plantas: frijol, lenteja y alpiste.
El frijol es una planta herbácea, anual, nativa de Mesoamérica y Sudamérica, de tallos
erectos y pertenece a la familia de las fabáceas. Prospera en climas fríos y cálidos, se
cultiva en suelos no muy salinos, con índice medio de lluvias.
La lenteja es una planta anual herbácea, originaria del cercano Oriente, con tallos de 30
a 40 cm, endebles y ramosos, hojas oblongas y pertenece a la familia fabácea. Tolera la
sequía y prospera en muchos ambientes.
El alpiste es una gramínea anual, originaria del mediterráneo, con cañas hasta de 1 cm
de altura y hojas glabras, con láminas de 40 cm de longitud y 1 cm de anchura y
pertenece a la familia Poaceae. Prospera en climas templados y sobreviven a
temperaturas de -5 °C aunque las altas temperaturas aceleran su crecimiento.
En general, la microbiota del kéfir de agua está compuesta por una estructura de
polisacárido de trinado insoluble en agua, en donde viven en simbiosis bacterias
acido-lácticas, bacterias ácido-acéticas y levaduras. El polisacárido es un polímero de
glucosa con enlaces α 1-6. Se ha identificado al Lactobacillus hilgardii como la principal
bacteria encargada de la producción del polímero, por medio de la enzima
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glicosiltranferasa [Guerrero, 2013]. La simbiosis entre levaduras y bacterias en los
tíbicos ocurre debido a que el crecimiento de las levaduras se produce por la
acidificación del medio creado por las bacterias; mientras que el crecimiento de las
bacterias es estimulado por la producción de factores de crecimiento (vitaminas) y
compuestos nitrogenados solubles por parte de las levaduras.
Las bacterias ácido-lácticas (BAL) envuelven a tres géneros tradicionales Lactobacillus,
Leuconostoc y Pediococcus. Sin embargo, se incluye también a los géneros
Carnobacterium, Enterococcus, Lactococcusy Vagococcus. Son bacilos o cocos Gram-
positivos asporógenos, producen ácido-láctico a partir de hexosas, en su mayoría son
aerotolerantes que carecen de citocromos y porfirinas, por lo que son catalasa y oxidasa
negativa, crecen dentro de un rango de pH de 4.0 a 4.5 y según su metabolismo se
dividen en homofermentativas y heterofermentativas. Algunos beneficios para la salud
son atribuidos a las BAL como la inhibición de patógenos, lo cual puede ser el resultado
de la producción de diferentes ácidos y metabolitos como ácido-láctico y ácidos
orgánicos similares, peróxido de hidrógeno y bacterosinas así como diacetil y dióxido
de carbono [Adams y Moss, 1997].
Fig. 1 (Tabla: Teixeira et al., 2010 “Composición de los gránulos de tíbicos”).
Se ha demostrado científicamente que el consumo humano del agua que es producto
de la fermentación de los tíbicos trae ciertos beneficios como son:
Estimulan el sistema inmune.
Inhibir la acción inflamatoria.
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Reducción en el colesterol así como de triglicéridos en el hígado
Antagonizar la invasión y/o adhesión de Salmonella enteritidis.
Por otro lado, los tíbicos de agua pueden ser beneficiosos también para la naturaleza,
emplearlos como abonos o fertilizantes, esto significa aportar sustrato nutritivo a las
plantas. [Finck, 1988].
En la ley del fertilizante, definen a los abonos como sustancias que se aplican directa o
indirectamente a las plantas, para:
Favorecer el crecimiento: favorecer la multiplicación de la masa vegetal,
aunque también significa regular su aumento, en el sentido de limitar el
crecimiento de determinadas partes de la planta.
Aumentar la producción: Puede tratarse de órganos vegetativos (hojas) como
de órganos generativos (frutos).
Mejorar la calidad: Se trata de mejorar la calidad comercial (valor en el mercado)
y la calidad nutritiva; también refiere a aumentar la resistencia de la planta frente
a cualquier tipo de influencias nocivas.
Objetivo.
Crear un fertilizante a base de tíbicos (bacterias y levaduras) con el fin de reducir el
tiempo de crecimiento de las plantas mediante su riego con el líquido resultante de la
fermentación de tíbicos alimentados con residuos de materia orgánica específica.
Problema.
El uso de fertilizantes va desde un nivel doméstico hasta un nivel industrial, por lo tanto
es importante fomentar el uso de fertilizantes orgánicos, que causen la menor
contaminación posible al medio con el que tienen contacto (tierra, agua, aire). Los
abonos orgánicos son todos aquellos residuos de origen animal o vegetal de los que las
plantas pueden obtener importantes cantidades de nutrientes; el suelo, con la
descomposición de estos abonos, se ve enriquecido con carbono orgánico y mejora sus
características físicas (estructura, porosidad, aireación, capacidad de retención del
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agua, infiltración, conductividad hidráulica, estabilidad de agregados), químicas y
biológicas. El uso de fertilizantes químicos provoca que el suelo sufra de un
agotamiento acelerado de materia orgánica y de un desbalance nutrimental que traerá
con el tiempo la consecuencia de que pierda su fertilidad y capacidad productiva;
además el uso inadecuado o excesivo de estos contaminantes conduce al deterioro del
medio ecológico [SAGARPA, 2018].
Sin duda, uno de los fertilizantes orgánicos más utilizados son las compostas, el uso de
éstas trae consigo el aumento de la concentración de nitrógeno, potasio, fósforo, calcio,
magnesio, hierro y zinc; principalmente. Sin embargo, por el tamaño de los
componentes de la composta, la absorción suele ser lenta, atrae la presencia de
insectos (mosquitos, hormigas, moscas) y desprende olores poco agradables. Por otro
lado, si usamos esta misma materia prima que se usa en la elaboración de composta
(residuos orgánicos, principalmente de frutas y verduras) como sustrato en una
fermentación, que se llevará a cabo con ayuda de tíbicos; el concentrado líquido que se
obtenga, podrá ser utilizado para regar plantas y fungirá como fertilizante orgánico.
Hipótesis
El riego de plantas con el concentrado líquido obtenido de la fermentación de tíbicos
con cáscaras de frutas (plátano y naranja) mejora el crecimiento, producción y/o calidad
de las plantas de frijol, alpiste y lenteja.
DESARROLLO.
Se eligieron cinco sustratos diferentes para ponerlos a prueba en la fermentación
con tíbicos, estos fueron desechos orgánicos cotidianos: cáscaras de plátano,
piña, papaya y naranja. También se incluyó al piloncillo (sabemos que los tíbicos
se desarrollan muy bien con este sustrato), pues nos servirá como testigo y
punto de comparación para evaluar el desempeño de cada sustrato. Cada
semana se fue aumentando el sustrato conforme el crecimiento de los tíbicos
(Fig. 2 - 6).
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Fig. 2 (foto) Sustrato de naranja. Fig. 2.1 (foto) Sustrato de piloncillo. Fig. 2.2 (foto) Sustrato de plátano. Fig. 2.3 (foto)
Sustrato de papaya. Fig. 2.4 (foto) Sustrato de piña.
La primer fermentación a analizar se inició con 50 gr de tíbicos (peso seco) para
cada variable y la cantidad de agua necesaria para cubrir completamente la
fermentación.
Fig. 3 (foto) Gránulos de tíbicos.
Semanalmente se sometió a la fermentación a un proceso de lavado, en el cual
se extrae el agua de la fermentación, se cambia el sustrato usado por uno nuevo,
cabe mencionar que las cáscaras se tienen que enjuagar previo a su utilización,
esto con el objetivo de que no entren bacterias externas a la fermentación;
además se tiene que depositar el sustrato picado finamente.
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Fig. 4 (foto) Cinco contenedores con los tíbicos y sus diferente sustrato. Fig. 4.1 (foto) separación de los gránulos de tíbicos.
Fig. 4.2 (foto) Peso del agua fermentada (naranja). Fig. 4.3 (foto) Peso seco de los tíbicos (piloncillo).
Para probar el fertilizante, se sembraron tres diferentes semillas que crecen todo
el año en ambientes templados: lenteja, frijol y alpiste con seis semillas de cada
una. Cada semilla germinó en un pedazo de algodón dentro de almácigos y se
dejaron en el sol diariamente con agua.
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Fig. 5 (foto) Almácigos con 71 semillas.
Se trasplantaron las semillas ya germinadas del algodón a almácigos con tierra
sin nutrientes, se etiquetaron las plantas a manera de que cada ejemplar de las
semillas pudiera ser regado con el líquido de la fermentación con papaya, piña,
plátano, naranja, piloncillo y las muestras testigo que solo se regaron con agua.
Fig. 6 (foto) Preparación de la tierra y plantación de las semillas germinadas.
Una vez trasplantadas las plantas, fueron regadas 3 veces por semana, las
primeras tres semanas se regaron solo con el fertilizante; después de este
tiempo, se regó una vez a la semana con fertilizante y dos veces solamente con
agua.
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Fig. 7 (foto) Plantas transplantadas. Fig. 7.1 (foto) Plantas después de ser regadas por
las fermentaciones de los sustratos.
Con base en los resultados semanales, se eligieron tres sustratos de los cinco
iniciales, los principales criterios de esta selección fueron: que sustrato era más
sencillo de conseguir y en qué porcentaje aumentaba el peso seco de los tíbicos
semanalmente.
RESULTADOS.
Fig. 8 (foto) Selección de los sustratos.
Se trabajó con un fertilizante a base de tíbicos tras identificar los beneficios en el ser
humano, de igual forma, se eligió como sustrato las cáscaras de las frutas con un
contenido alto en carbohidratos, en este caso, fructosa, como lo son: el plátano, la piña,
la papaya y la naranja.
Semanalmente se fue revisando el crecimiento de éstos con cada uno de los sustratos.
Finalmente, se seleccionaron tres sustratos, dos de éstos fueron de cáscaras de fruta y
el otro fue de su alimento regular, el piloncillo.
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Sustrato Semana
1
Semana
2
Semana
3
Semana
4
Semana
5
Semana
6
Semana
7
Semana
8
Semana
9
Semana
10
Semana
11
Plátano 50gr 53gr 65gr 60gr 60gr 61gr 65gr 60gr 63gr 57gr 57gr
Piña 50gr 50gr 60gr 60gr 50gr 55gr
Naranja 50gr 52gr 55gr 50gr 50gr 58gr 55gr 58gr 65gr 60gr 66gr
Papaya 50gr 40gr 45gr 38gr 45gr 50gr
Piloncillo 50gr 91gr 120gr 170gr 240gr 325gr 400gr 555gr 640gr 683gr 753gr
Fig. 9 (tabla) Relación durante 11 semanas del crecimiento de los gránulos de tíbicos.
Fig. 9 (gráfica) Representación del crecimiento con Fig. 9.1 (gráfica de barras) Relación del
todos los sustratos. crecimiento con plátano
Fig. 9.2 (gráfica de barras) Relación del Fig. 9.3 (gráfica de barras) Relación del
crecimiento con papaya. crecimiento con piña.
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Fig. 9.4 (gráfica de barras) Relación del Fig. 9.5 (gráfica de barras) Relación del
crecimiento con naranja. Crecimiento con piloncillo.
El crecimiento de los tíbicos no varió mucho semanalmente, a excepción de los
alimentados con piloncillo, sin embargo, el agua utilizada para permitir el crecimiento del
conglomerado de microorganismos se enriqueció de nutrientes proporcionados por los
desechos orgánicos (cáscaras) y el agua residual del piloncillo sólo se acidificó por la
cantidad de azúcar contenida en éste sustrato.
Fig. 10 (tabla) Relación del promedio de crecimiento de
todos los sustratos (de la semana 1 a la 6).
Fig. 10.1 Relación demostrativa del crecimiento promedio
de la tabla (Fig.10).
Sustrato Promedio de crecimiento
(semana 1 a 6)
Plátano 58gr
Piña 55gr
Naranja 52gr
Papaya 45gr
Piloncillo 166gr
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Sustrato elegido
Promedio de crecimiento de los tíbicos (semana 1 a
11).
pH del agua
Plátano 59gr 4
Naranja 56gr 3
Piloncillo 70gr 2
Fig. 11 (tabla) Relación del promedio de crecimiento de los tíbicos con los sustratos seleccionados.
Fig. 11.1 Relación demostrativa del crecimiento
promedio de los tíbicos de la Fig. 11.
Sustrato Lenteja Frijol Alpiste
Piloncillo Se secó completamente la planta al cabo de 3 días.
Se secó completamente la planta al cabo de 5 días.
Se secó completamente la planta al cabo de 3 días.
Plátano Su crecimiento fue considerable, en cuanto a las hojas, fueron abundantes y tenían retoños. Se presentó más un crecimiento vertical.
No se presentó un cambio en cuanto a la altura, sin embargo, presentó hojas mucho más grandes y con una pigmentación más intensa.
El crecimiento vertical fue un poco considerable y el tallo estaba grueso. Pigmentación normal.
Naranja Su crecimiento fue bueno verticalmente pero sin hojas tan abundantes y con una pigmentación normal.
Fue en el que más funcionó, su crecimiento fue considerable, el tamaño de hojas estaba arriba de la media, tenía una pigmentación de un verde claro y con un tallo más grueso.
El crecimiento vertical fue más alto que el normal, de un color verde más vivo y un tallo grueso.
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Plátano.
Papaya.
Papaya No funcionó del todo bien, poco a poco se fue llenando de plaga. Crecimiento normal.
Su crecimiento fue mediano a comparación de los sustratos de plátano y naranja, aunque con abundantes hojas y una pigmentación ligeramente oscura.
Fue el mejor sustrato para el alpiste, sin embargo, se tuvo que suspender a la cuarta semana ya que sólo favorecía a ésta y no a las demás plantas.
Piña Crecimiento medio y parecido al crecimiento normal que con el agua aunque les daba un buen color.
Crecimiento medio y parecido al crecimiento normal que con el agua aunque les daba un buen color.
Crecimiento medio y parecido al crecimiento normal que con el agua aunque les daba un buen color.
Fig. 12 (tabla) Observaciones de la actuación del fertilizante con los diversos sustratos en la lenteja, el frijol y el alpiste.
A continuación se mostrarán las fotografías con los mejores y peores efectos en las
plantas de los sustratos utilizados en el fertilizante:
de naranja.
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ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.
Con base en las tablas anteriores (Fig. 9, Fig. 10 y Fig. 11) se puede observar un
crecimiento de las bacterias y levaduras en un intervalo constante, con la alimentación
de residuos orgánicos, a excepción de las alimentadas con piloncillo ya que éstas
crecieron de una forma exponencial por el azúcar excesivo que éste contiene.
Para la primer tabla (Fig. 9) no hay un punto de comparación entre el crecimiento que
tuvo el piloncillo con el plátano y la naranja, hasta la semana seis todos los sustratos de
desechos orgánicos no variaron mucho, sin embargo, hubo un gran cambio al utilizar el
fertilizante ya en las plantas (Fig. 12) fue por eso que se seleccionaron los dos sustratos
de desecho orgánico que funcionaron mejor (plátano y naranja) y el que tuvo un mayor
crecimiento en los tíbicos (piloncillo).
En la tercera tabla (Fig. 11) se observa el crecimiento promedio de los sustratos
seleccionados con su respectiva gráfica (Fig. 11.1) en el caso del piloncillo, se obtuvo el
crecimiento promedio de cada semana ya que no hubieron ocasiones en que éste
decayera en su crecimiento o se mantuviese en los gramos obtenidos en otras
semanas.
Para el crecimiento de las plantas hubieron algunos factores a las que estuvieron
expuestas como lo fue un clima frío ya que la mayor parte del proyecto se realizó en
invierno en la Ciudad de México (esto afectó también a los tíbicos ya que su crecimiento
se da con mayor facilidad en un clima templado-cálido), el estarlas transportando de un
lugar a otro, no recibir todo el tiempo la luz solar o en condiciones óptimas, entre otros;
por esta razón, se seleccionaron estas plantas, (por su facilidad de adaptarse y por su
facilidad de adquisición) y con el fertilizante a base de la fermentación de los sustratos
crecieron y prosperaron más de lo que comúnmente lo hacen.
CONCLUSIONES.
Se tiene que evitar o reducir el uso de fertilizantes artificiales en los cultivos, pues estos
causan daños en el medio ambiente y también algunos pueden causar daños a los
seres humanos; una de las opciones más viable, indudablemente son los fertilizantes
orgánicos.
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En este proyecto se creó un fertilizante orgánico, el cual se empleó en tres especies
diferentes: frijol (Phaseolus vulgaris), alpiste (Phalaris canariensis) y lenteja (Lens
culinaris), demostró que sí contribuye al crecimiento de las plantas, en cada especie los
efectos variaron, los resultados se reflejaron principalmente en una mayor cantidad de
hojas en las plantas y además su crecimiento vertical fue más rápido que el de las
semillas que solo se regaron con agua. Por el periodo de tiempo que se midió, no se
pudo tener registros acerca de los frutos; un punto que se trataría a futuro, ya que es
igualmente importante. Por otro lado, este fertilizante no solo ayuda al crecimiento de
las plantas, sino también ayuda a integrar conocimientos adquiridos en el aula (como:
rutas metabólicas, fermentaciones, germinación, crecimiento y comunicación de
plantas) y una de las cosas más importantes es que se creó el fertilizante utilizando
como materia prima desperdicios orgánicos: cáscaras de frutas; que son básicas en la
dieta nacional; tiene más ventajas que la composta común, pues el fertilizante a base
de fermentaciones actúa más rápido, gracias a la acción de los tíbicos, que extraen los
nutrientes de las cascaras de las frutas.
Sin duda, es un fertilizante muy viable, se puede preparar en casa y lo único que se
necesita es una pequeña cantidad de tíbicos, ya que, con el tiempo, se van a reproducir
y poco a poco aumentarán su número. Se espera proponer el uso de este fertilizante, a
gran escala, que tenga un proceso de producción similar al de la industria de vinos;
pues quedó demostrado que regar las plantas con el agua de estas fermentaciones
aumenta el número de hojas y acelera el proceso de crecimiento de las mismas.
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de los granos de tíbicos utilizando como sustrato único el jugo del eje de la
inflorescencia de la piña (Ananas comosus) para ser aprovechado como posible
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http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_1340_Q.pdf
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