Procedimiento para producir fertilizantes ricos en aminoácidos.

Procedimiento para producir fertilizantes ricos en aminoácidos.

La presente invención propone un procedimiento de hidrólisis enzimática de harina de sangre para obtener fertilizantes con alto contenido en aminoácidos libres y aporte de hierro hémico, susceptible de ser utilizado como abono orgánico, y con mejor solubilidad que el sustrato de partida, lo que permite su aplicación foliar.

Procedimiento para producir fertilizantes ricos en aminoácidos SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se enmarca en industria química orientada a la agricultura, en concreto en la producción de abonos o fertilizantes y tiene aplicación en el sector ganadero como procedimiento para valorizar residuos contaminantes.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Residuos procedentes de la ganadería

Los mataderos, aparte de los residuos derivados del despiece del animal, generan un importante caudal de sangre, que constituye un efluente muy contaminante con una demanda biológica de oxígeno (DBOs) entre 250.000 y 375.000 mg 02/L. En la actualidad se está solucionando el vertido de las aguas procedentes del matadero, reutilizando este subproducto, deshidratando la sangre que una vez deshidratada y bajo la forma de harina constituye un concentrado de proteínas: hemoglobina, globulinas y albúminas.

Fertilizantes

Las plantas son capaces de sintetizar todos los aminoácidos necesarios para su crecimiento y funciones fisiológicas utilizando como fuente exclusiva de nitrógeno los nitratos y sales amónicas, absorbidas desde el suelo o directamente por vía foliar, combinados con los carbohidratos obtenidos por vía fotosintética. Los nitratos y sales amónicas son los compuestos inorgánicos nitrogenados más comunes utilizados como nutrientes en agricultura.

La asimilación de nitratos a través de las raíces se lleva a cabo mediante dos etapas sucesivas donde en un principio los nitratos se reducen a nitritos y posteriormente a amoníaco bajo la acción de las enzimas nitrato reductasa (E.C.1.6.6.1) y nitrito reductasa (E.C.1.6.6.4). Ambas están presentes en los tejidos fotosintéticos y, en menor proporción, en las raíces. El amoníaco se combina posteriormente con los compuestos carbonatados para dar glutamina y ácido glutámico. Ambos aminoácidos son la base de las rutas metabólicas mediante las que se sintetizan el resto de amino ácidos necesarios para la planta.

Diversos estudios científicos demuestran que las plantas necesitan aumentar su contenido en aminoácidos libres bajo condiciones de estrés hídrico, salinidad, pesticidas, olas de calor o quemaduras provocadas por herbicidas u otros agentes. Así, por ejemplo, las plantas incrementan la producción de metabolitos de bajo peso molecular que ajustan el equilibrio osmótico y previenen las pérdidas de agua en condiciones de estrés hídrico. Varias especies de plantas acumulan ciertos aminoácidos como la prolina, y los ácidos aspártico y glutámico para aumentar su tolerancia frente a las altas temperaturas. Similarmente, la prolina y glicina han demostrado ejercer una acción protectora frente a las bajas temperaturas. Junto a su acción protectora frente a situaciones de estrés para la planta, los aminoácidos juegan un papel relevante en varias funciones fisiológicas de la planta, como la fotosíntesis, la polinización y la absorción y transporte de nutrientes.

El aporte directo de aminoácidos permite a la planta superar las situaciones de estrés citadas anteriormente sin que ésta tenga que recurrir al catabolismo de proteínas estructurales, con el perjuicio consiguiente para el crecimiento y productividad de la planta. El Triptófano, por ejemplo, es fundamental para el desarrollo geminal y radicular. Basado en las ventajas del aporte de aminoácidos para la planta, los primeros fertilizantes ricos en aminoácidos se desarrollaron a finales de los años setenta.

Los fertilizantes orgánicos constituyen una vía de aprovechamiento para los subproductos derivados de las industrias cárnicas, mataderos o residuos de la actividad pesquera. Todas

estas actividades generan subproductos no destinadas a envasado, que constituyen una fuente importante para la obtención de nitrógeno proteico para las plantas. La efectividad de los abonos orgánicos de este tipo ya ha sido comprobada por diversos estudios.

Entre estos fertilizantes orgánicos se encuentra la harina de sangre. Este subproducto se utiliza como fertilizante debido a su acción rápida y alto contenido nitroso.

Además tiene un alto contenido en proteína (80%, fundamentalmente hemoglobina), y aporta hierro hémico. Éste último, gracias a su efecto quelante, estabiliza los nutrientes del suelo mejorando su disponibilidad y absorción por parte de la planta. No obstante, el uso directo de harina de sangre plantea problemas, dada la baja solubilidad de este sustrato. Esto dificulta la formulación de disoluciones líquidas que la contengan (por ejemplo, productos fertilizantes de aplicación foliar). A su baja solubilidad se le une el bajo contenido de aminoácidos libres, ya que la mayoría se encuentran formando parte de las proteínas.

Hidrólisis química v enzimática

La obtención de un producto rico en amino ácidos libres a partir de residuos proteicos se puede llevar a cabo mediante hidrólisis química o enzimática. Aunque la hidrólisis química puede dar lugar a un grado de hidrólisis elevado y por tanto un contenido importante en aminoácidos libres totales, éstos se encuentran en un 50% p/p bajo la forma dextrógira, y no son por tanto biológicamente activos. Unido a este inconveniente, la hidrólisis química destruye aminoácidos necesarios para la planta como el triptófano, de importancia clave en el desarrollo radicular de la planta, y conlleva la generación de sales que se han de eliminar del producto final. Algunos autores [W.l. Chan, K.V. Lo, P.H. Liao, Solubilization of blood meal to be used as a liquid fertilizer, J. Environ. Sci. Health B 42 (2007) 417422] han propuesto un tratamiento combinado con microondas y peróxido de hidrógeno para hidrolizar la harina de sangre y mejorar así su solubilidad y contenido en amino ácidos libres. Este tratamiento ataca eficazmente los enlaces peptídicos de la proteína, liberando péptidos y amino ácidos libres, pero el hidrolizado final presenta una baja calidad nutricional, con fuerte desnaturalización de las proteínas y pérdidas de nutrientes, unido a la presencia de sustancias tóxicas en el producto final.

Todos estos inconvenientes se subsanarían mediante la hidrólisis enzimática, en la que todos los aminoácidos generados lo están bajo la forma levógira. Los aminoácidos levógiros son biológicamente activos puesto que son asimilados por la planta y reconocidos por el sistema enzimático de la misma, entrando a formar parte de las rutas metabólicas.

Procedimientos de hidrólisis para el aprovechamiento de residuos

Existen procedimientos patentados que reivindican la hidrólisis enzimática como vía para solubilizar residuos industriales de origen vegetal (ES 2 173 036, US 20030165612) tales como tortas desengrasadas de la molturación de semillas o residuos de las industrias de fermentación. El proceso de solubilización enzimática emplea endoproteasas para obtener una fase líquida donde se ha solubilizado el 60 - 80% en peso de la proteína de partida. Entre las aplicaciones propuestas para estos hidrolizados se encuentran los fertilizantes orgánicos solubles.

Un procedimiento similar, recogido en la patente europea EP 2 415 737, reivindica la obtención de un fertilizante rico en aminoácidos a partir de sangre de cerdos o ganado. El procedimiento comprende una primera fase de homogeneización de tamaño seguida de hidrólisis enzimática mediante un extracto de endoproteasas de soja. La reacción transcurre sin control de pH y el rango de temperatura ensayado (50 - 70°C) es superior al empleado en el procedimiento descrito en esta invención, así como los tiempos de reacción (8-15 h), dando un hidrolizado con una composición en aminoácidos libres rica en ácido aspártico, leucina o ácido glutámico.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención es un procedimiento de hidrólisis enzimática de harina de sangre para obtener productos fertilizantes con alto contenido en aminoácidos libres y aporte de hierro hémico susceptibles de ser utilizados como abono orgánico, y con mejor solubilidad que el sustrato de partida, lo que permite su aplicación foliar.

Las principales ventajas que presenta la invención son:

- La harina de sangre de partida posee alto contenido en proteína (89% p/p), estabilidad microbiológica, y es rica en aminoácidos como la cisteína o la lisina, entre otros.

- La hidrólisis enzimática del sustrato permite que todos los aminoácidos formados estén en su forma levógira, asimilable por la planta.

- El control del pH durante la reacción permite que la enzima mantenga su actividad durante el transcurso de la reacción y por tanto permite obtener una solubilidad elevada con tiempos menores que los obtenidos mediante otros procedimientos donde el pH se deja libre.

1. Procedimiento de hidrólisis enzimática de harina de sangre para obtener fertilizantes con alto contenido en aminoácidos que comprende los siguientes pasos:

- Disolución de la harina de sangre en agua

- Calentamiento de la disolución hasta una temperatura de trabajo comprendida

entre 40 y 65°C

- Ajuste del pH hasta un valor de trabajo comprendido entre 6 y 9.

- Adición de la enzima

- Mantenimiento del pH y la temperatura de forma constante hasta que finalice la

reacción.

2. Procedimiento según reivindicación 1, caracterizado porque el pH se fija en un valor entre 6,5 y 7,5

3. Procedimiento según reivindicación anterior caracterizado porque el pH se fija en 7,5.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la cantidad de enzima utilizada está entre el 2 y el 10% del peso de la proteína contenida en la disolución acuosa, preferentemente un 10%.

5. Procedimiento según reivindicación anterior caracterizado porque la enzima es una endoproteasa de largo espectro, preferentemente subtilisina.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el tiempo de reacción es de 2 a 4h, preferentemente 3h.