ES3014239A1 - Procedimiento para la producción de alimento para insectos - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la producción de alimento para insectos. La invención consiste en aprovechar la acción de una comunidad de microorganismos acuáticos (bacterias, hongos y algas), principalmente aerobios, los cuales consumen nitrógeno inorgánico y fuentes de carbono simples y complejas como la celulosa y la hemicelulosa, para crear biomasa bacteriana que harán de recurso alimenticio para las larvas de los insectos.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para la producción de alimento para insectos

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un método o procedimiento para la producción de alimento para insectos, de manera que se puedan aprovechar una gran cantidad de productos orgánicos que de otra manera no podrían ser utilizados para la alimentación de dichos insectos como es el caso de productos ricos en celulosa o productos inorgánicos.

SECTOR DE LA TÉCNICA

La invención se sitúa pues en el ámbito de agricultura y más específicamente al sector de la producción animal o de la reducción de residuos agrícolas, ganaderos, forestal, urbano e industrial.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La producción de insectos con fines industriales y ganaderos está siendo intensamente desarrollada en los últimos años. El motivo principal de la producción de los insectos es para aprovechar sus proteínas, pero también han sido estudiados para la producción de grasas, quitina, quitosano, además de otras sustancias que tienen valor comercial por su aplicación en industria, ganadería o farmacéutica.

Son muchos los motivos que hacen la cría de insectos interesante comparado con otros animales, por citar algunos:

• Capacidad de convertir el alimento en biomasa útil llegando a un food conversión ratio (FCR) de 1 o incluso inferiores, mientras que otros animales de granja como pollos y cerdos tienen un FCR más desfavorable.

• Su producción puede ser intensificada mucho más que otras producciones, dando lugar a producción de más biomasa por cada m de espacio de granja dedicada al engorde.

• Sus ciclos de engorde son más cortos que los otros animales de granja o acuicultura.

• Tienen un rango de alimentación muy amplio, pudiéndose alimentar de fuentes de alimentos que no son adecuadas para otros animales de granja, especialmente materia orgánica en descomposición.

• La biomasa larvaria generada es aprovechada directamente ya que no se desperdicia en pieles, huesos, cuernos o plumas como sucede con otros animales.

Todo esto ha hecho que muchas empresas hayan comenzado la cría de insectos como fuente de proteínas y otros productos de interés de una forma industrial.

Dentro de las especies de insectos que más frecuentemente se han criado estánHermetia illucens, Tenebrio molitor, Acheta domestica, Musca domesticaoAlphitobius diaperinus,siendoHermetia illucenso mosca soldado negra, BSF por sus siglas en inglés, la que se ha desarrollado de forma más industrial, seguida porTenebrio molitoro gusano de la harina. Todas ellas son actualmente producidas de forma industrial en mayor o menor medida, incluso se han inventado sistemas de producción para permitir su producción industrial de forma eficiente como se muestra en las invenciones WO2016015639A1, US9629339, WO2015173450A1 o ES2331452A1.

Como todo animal que se produce, estos tienen que ser alimentados, y una producción intensiva industrial también requiere de una producción de alimento que sea adecuado para la alimentación de los insectos en cantidades que satisfagan el crecimiento del sector. Los insectos mencionados tienen unas necesidades nutricionales variadas, pero de todos modos comparten una serie de necesidades comunes. El alimento debe de contener los macronutrientes como proteínas asimilables, una fuente de carbohidratos simples, como es el caso de diferentes tipos de azucares por mencionar algunos: monosacáridos como son la glucosa, fructosa y galactosa; disacáridos como la sacarosa, lactosa y maltosa; almidones (amilosa y amilopectina) y una fuente de grasas. La cría también necesita de una serie de micronutrientes como vitaminas y minerales que permiten un desarrollo completo de los animales. Además, el alimento debe de ser suministrado con una humedad adecuada, y una textura o dureza lo suficientemente blanda como para que los insectos puedan ingerirlos. En el caso de dípteros, la textura debe de ser partículas pequeñas o blandas y en el caso de insectos con mandíbulas, las partículas pueden ser más grandes mientras que la dureza no impida ser machacadas por las mandíbulas.

Como alimento se suelen utilizar diferentes tipos de cereales como el maíz, trigo, soja o sus subproductos como es el caso del salvado de cereales, el bagazo de cerveza (granos de destilación) que se mezclan con otros productos vegetales como destríos del procesado de frutas y verduras, peladuras o recortes. De los cereales se suele aprovechar la alta concentración de nutrientes como el almidón y proteínas de fácil asimilación mientras de que de las verduras se suelen aprovechar los azucares y las vitaminas presentes. Otras fuentes de proteínas pueden ser de origen vegetal o animal, aunque con limitaciones dependiendo de la legislación local. En todo caso, ninguna de las especies mencionadas es capaz de digerir de forma eficiente la celulosa, lo que hace que en su cría se desaproveche dicha fuente de carbono. Como ejemplo de esto, el bagazo de cerveza tiene una composición aproximada media de proteína 24%, grasas un 8%, azucares libres y almidón de fácil asimilación 5%, fibra no digerible de 53% entre celulosa y hemicelulosa, y el resto lignina 6% y ceniza 4%. De toda esa biomasa el 53% perteneciente a la fibra no es aprovechable por los insectos comentados perdiendo eficiencia en la conversión de alimentos. Pero teniendo en consideración de que la celulosa es un homopolímero lineal de unidades de glucosa y la hemicelulosa es principalmente constituida por arabinosa, xilosa, arabinosa, galactosa, manosa, glucosa y ácido glucurónico, quiere decir que dicha fracción es muy desaprovechada en la alimentación.

Por otro lado, las proteínas son importantes en la alimentación de los insectos, pero estas son limitadas, y el uso de proteínas para alimentar insectos compiten con el uso de las mismas proteínas para alimentar animales de granja o incluso a humanos, perdiendo en este sentido la ventaja de producir insectos como una fuente alternativa de proteínas, que aprovecha los nutrientes que otros animales no pueden aprovechar. Como otras fuentes de alimento y proteínas para los insectos, se ha procedido a alimentar insectos con fuentes de materia orgánica residual, como es el caso de basuras como se muestra en la patente CN101889629B donde se les da de comer a las larvas de Hermetia illucens residuos alimentarios, o en la patente CN103934255A en el que se les da de comer a las larvas residuos cárnicos mezclados con almidón, para posteriormente reconvertir dichas larvas en piensos para alimentar animales. En el caso de la patente RU2654220C1, utiliza las larvas para tratar residuos orgánicos a la vez que produce un fertilizante. Incluso en la patente CN102329157B se da de comer a las larvas excreciones humanas. Todos estos ejemplos muestran la capacidad de la especieHermetia illucensde alimentarse de diversas formas de materia orgánica especialmente los desechos en descomposición, siendo posible alimentarlas con purines y estiércol, basuras urbanas, digestatos de biodigestión o incluso con lodos de depuradora como cita en su artículo Iiuet al.(2020). Pero las larvas que se alimentan de residuos orgánicos (estiércol, purines, lodos de depuradora, digestatos, basura orgánica urbana y otros industriales) no pueden ser utilizadas en alimentación animal según la legislación de muchos países. Más aún, muchos de estos residuos no son completamente útiles para la alimentación de las larvas por que o bien no tienen suficientes carbohidratos simples para mantener el crecimiento de las larvas; o las proteínas se han descompuesto a formas de nitrógeno inorgánico o poco aprovechable (urea, amoniaco, nitrato o nitrito); o contienen sustancias que desalientan a las larvas a comer. Además, aunque hay larvas de insectos que pueden consumir estos residuos comoHermetia illucensoMusca domestica,otros tantos no toleran alimentarse de ellos como es el caso deTenebrio molitoroAcheta domestica,limitando más aún el uso de dichas materias.

Hay otras fuentes de alimento, como son los restos de cosecha (hojas, tallos, raíces, paja), que podrían ser utilizados para alimentar los insectos, sin tener la limitación legislativa por ser residuo ni desecho animal, pero la gran mayoría de su biomasa está constituida por celulosa y hemicelulosa, que como hemos comentado con anterioridad no pueden ser aprovechados nutricionalmente por los insectos comentados.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El procedimiento que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en base a una solución sumamente efectiva.

Para ello, la invención establece un novedoso proceso que permite la transformación de fuentes de alimentación inadecuadas para los insectos, por ser ricas en celulosa o contener fuentes inorgánicas de nitrógeno, para que puedan ser aprovechadas para su alimentación eficiente. El proceso aprovecha la acción de una comunidad de microorganismos acuáticos (bacterias, hongos y algas), principalmente aerobios, los cuales consumen nitrógeno inorgánico y fuentes de carbono simples y complejas como la celulosa y la hemicelulosa, para crear la biomasa bacteriana que harán de recurso alimenticio para las larvas.

De forma más concreta, el proceso consiste en mezclar en medio acuoso y condiciones de abundante oxígeno, una fuente de carbono orgánica, como puede ser la celulosa, la hemicelulosa, monosacaridos (glucosa, fructosa, galactosa, xilosa, arabinosa, etc.) disacáridos (sacarosa, maltosa, lactosa, etc.) almidón, con una fuente de nitrógeno, donde el nitrógeno puede ser de naturaleza inorgánica como el amoniaco, el nitrato, el nitrito o la urea, o puede ser de naturaleza orgánica, como proteínas, aminoácidos o péptidos de origen animal, vegetal, fúngico o microbiano.

Ambos elementos, la fuente de carbono y la fuente de nitrógeno, se mezclan en medio acuoso con aireación. En presencia de la aireación, los microorganismos presentes en el medio utilizan el nitrógeno presente en la disolución (inorgánico y orgánico sencillo como aminoácidos libres) y la fuente de carbono, para crear una biomasa que se caracteriza por ser una masa o mezcla de bacterias y hongos, los cuales crecen en cúmulos llamados flóculos que los mantienen unidos.

Dichos flóculos se crean por la acción de los microorganismos que crecen aprovechando la fuente orgánica de carbono y crean un mucilago que los mantiene unidos. En el caso de que el depósito de agua esté expuesto a la luz solar, además de bacterias y hongos pueden crecer algas y algas filamentosas que mejoran la calidad del flóculo tanto en estructura como en nutrición, además de poder aprovechar fuentes de carbono inorgánicos como el CO2. Los flóculos crecen en medio acuoso tanto pegados a superficies como flotando libres en la columna de agua y ninguna de las especies de insectos criadas industrialmente viven en medio acuático por lo que ninguna se alimenta de flóculos de forma natural. Dichos flóculos son una fuente de nutrientes fácilmente asimilables por los insectos por su facilidad de ingestión y digestión, además de poseer las vitaminas y sustancias que promueven el crecimiento de los insectos.

A partir de este procedimiento se consigue una nueva forma de alimentar a los insectos criados por el hombre con una fuente de alimento, los flóculos microbianos, que no se produce de forma natural y que no ha sido utilizada con anterioridad para la alimentación de los insectos criados.

Para mejorar la administración de flóculos y hacer su ingesta más sencilla por los insectos, los flóculos pueden ser concentrados o recolectados del medio acuoso por medio de filtración, centrifugación, floculación, precipitación, decantación, desecación o cualquier sistema que concentre dichos flóculos de la fracción líquida.

El concentrado de flóculos puede contener una cantidad de materia orgánica en peso seco entre el 0,1% y el 99%, pero más preferiblemente, entre 2% y el 60%, más preferiblemente entre el 5% y el 50% y más preferiblemente entre el 10% y el 40%, siendo la concentración óptima el 15-25%.

Dichos flóculos una vez concentrados o separados de la fracción líquida pueden ser aportados directamente como dieta única de los insectos o cómo un componente de una mezcla de ingredientes para constituir la dieta de dichos insectos.

La proporción de los flóculos en la dieta puede representar entre el 0,1% y el 100%, más preferiblemente, entre el 5% y el 100% y más preferiblemente entre el 10% y el 90% del total de los ingredientes de la dieta.

El proceso de creación de los flóculos puede ser continuo, en el que el depósito de agua es cargado frecuentemente con nutrientes (fuente de carbono orgánico y nitrógeno) y los flóculos se recogen o cosechan también de forma frecuente; o discontinuo, en el que se añaden los nutrientes (fuente de carbono orgánico y nitrógeno) al depósito de agua junto con algunos microorganismos y se deja un tiempo para que dichos microorganismos se desarrollen y creen los nuevos flóculos y son todos recogidos.

Pero la forma preferida de realizarse es en un proceso continuo. Para que los flóculos crezcan de forma eficiente, la suspensión de materia en el depósito debe de ser agitada y oxigenada enérgicamente.

Como fuentes de nutrientes para los microorganismos acuáticos se puede utilizar una diversidad de productos, como son la hojarasca, el heno, los restos de cosecha, los tallos de plantas hortícolas, estiércoles animales, digestato, purines o fuentes de nitrógeno inorgánico como la urea, el amonio, el nitrato o el nitrito, así como sus formas en sales como fertilizantes. Los restos de plantas, bagazos, pajas, ensilados vegetales se consideran una fuente rica en celulosa, mientras que los fertilizantes inorgánicos, purines, estiércoles gallinazas, lodos de depuradoras y digestatos se consideran fuentes de nitrógeno, fosforo y potasio.

Tanto las fuentes de nitrógeno como de carbohidratos son necesarias para un crecimiento de los flóculos de microorganismos, y dependiendo del balance carbono/nitrógeno se obtiene unos flóculos con un balance u otro entre grasas y proteínas, donde el balance C/N va desde 100/1 a 1/1 pudiendo crear una buena comunidad de microorganismos, pero más preferentemente 50/1, y más preferentemente 20/1, donde el mejor floculo se obtiene con una ratio 12/1.

Para realizar la preparación de flóculos de forma más eficiente, es posible hacer un pre procesado de los nutrientes cómo la reducción de partículas, por corte, triturado, molienda, o en general cualquier tipo de tratamiento que permita una reducción de las partículas de manera que puedan ser atacadas por los microorganismos de forma más eficiente.

EJEMPLO DE REALIZACIÓN PRÁCTICA

A modo meramente ejemplario, para poner en práctica el procedimiento de la invención, en un depósito de agua de 30.000 litros se añadió 2.500 kg de restos y tallos de cosecha de plantas agrícolas, formado principalmente por las hojas tallos y frutos.

Seguidamente se añadieron 220 kg de gallinaza como fuente de nitrógeno fosforo y potasio.

El resto del depósito se rellenó con agua y se puso en agitación por medio de aireadores situados en la parte inferior del depósito.

Para acelerar la creación de microorganismos se añadieron 10 litros de agua conteniendo flóculos con diversos microorganismos.

Después de dos meses en agitación se crearon flóculos y gran parte del contenido de la celulosa fue degradada.

Una parte del contenido fue bombeado a través de una bomba centrífuga para retirar parte de los flóculos.

Estos fueron analizados dando una composición en peso seco de 38% proteína, 12% grasa y 8% ceniza.

Se preparó una dieta con flóculos y residuos de panificadora en una mezcla en peso seco de 75% flóculos y 25% restos de pan, y se añadió agua hasta que se alcanzó una humedad del 80%.

A 1 kg de la dieta preparada se situó en un recipiente y se añadieron 800 larvas deHermetia illucenscon un tamaño medio de 10 mg, el conjunto se situó en condiciones estables de temperatura 29°C y humedad 70% durante 12 días.

Como control, se preparó 1 kg de dieta de mezcla de los mismos restos vegetales, gallinaza y restos de pan a proporción 11,3/1/4,1, se molió fino y se añadió agua para ajustar humedad al 80%, y se añadieron 800 larvas.

A los 12 días las larvas habían crecido, fueron separadas del sustrato y lavadas.

Las larvas fueron pesadas obteniéndose un peso medio de 214 mg por larva y una supervivencia del 96% que dio lugar a una biomasa larvaria final de 164,14 g a partir del kg de dieta.

Esto significa una conversión de 1 kg de larva por cada 6,1 kg de dieta, lo que se puede considerar una buena eficiencia productiva.

Sin embargo, en el tratamiento control las larvas alcanzaron un peso final medio de 114mg y hubo una mortalidad del 27%, quedando una producción de biomasa final de 66,57mg.

El ensayo demuestra que la producción de flóculos a partir de restos vegetales y gallinaza es más nutritiva que si aportaran los ingredientes directamente sin haber sido creados por el sistema propuesto.

Por tanto, el sistema permite aumentar la eficiencia productiva y asimilación de nutrientes que de otra forma no sería posible.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1a.- Procedimiento para la producción de alimento para insectos, caracterizado por que consiste en llevar a cabo una mezcla en medio acuoso y condiciones de abundante oxígeno, de una fuente de carbono orgánica, como puede ser la celulosa, la hemicelulosa, monosacaridos (glucosa, fructosa, galactosa, xilosa, arabinosa, etc) disacáridos (sacarosa, maltosa, lactosa, etc.) o almidón, con una fuente de nitrógeno, donde el nitrógeno puede ser de naturaleza inorgánica como el amoniaco, el nitrato, el nitrito o la urea, o puede ser de naturaleza orgánica, como proteínas, aminoácidos o péptidos de origen animal, vegetal, fúngico o microbiano, en donde los microorganismos acuáticos consumen el nitrógeno inorgánico y las fuentes de carbono simples y complejas de la mezcla, para crear biomasa bacteriana como recurso alimenticio para insectos.

   2a.- Procedimiento para la producción de alimento para insectos, según reivindicación 1a, en donde los microorganismos crecen en flóculos y adheridos a las fibras de celulosa no degradas, habiéndose previsto que estos sean separados del agua por medio de filtración, precipitación, centrifugación o cualquier sistema que permita extraer sólidos del agua.

   3a.- Procedimiento para la producción de alimento para insectos, según reivindicaciones ia y 2a, en donde los flóculos obtenidos se utilizan directamente para alimentar los insectos.

   4a.- Procedimiento para la producción de alimento para insectos, según reivindicaciones ia y 2a, en donde los flóculos se someten a un proceso de desecado para su uso como uno de los ingredientes para la dieta de los insectos.