determinación de la viabilidad de producción de salicornia
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I
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE
INVESTIGACIÓN PARA EL DESARROLLO INTEGRAL REGIONAL
UNIDAD SINALOA
“Determinación de la viabilidad de producción
de Salicornia bigelovii Torr. como potencial
cultivo bioenergético en el norte de Sinaloa”.
TESIS
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRÍA EN
RECURSOS NATURALES Y MEDIO AMBIENTE
PRESENTA:
CRUZ ENRIQUE BELTRÁN BURBOA
GUASAVE, SINALOA, MÉXICO. DICIEMBRE DE 2016
II
III
IV
V
Agradecimientos a proyectos
El trabajo de tesis se desarrolló en el Departamento de Biotecnología Agrícola del
Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional
(CIIDIR) Unidad Sinaloa del Instituto Politécnico Nacional (IPN) baja la dirección
de la Dra. Claudia Castro Martínez y el Dr. Edgar Omar Rueda Puente. El
presente trabajo fue apoyado económicamente a través de los proyectos
SIP20144369, SIP20150270 y SIP20160483. El alumno Cruz Enrique Beltrán
Burboa fue apoyado con una beca CONACYT con clave 338847 y beca
institucional del IPN.
VI
Dedicatoria
Con todo mi cariño:
A la casualidad de la vida, ese milagro sospechoso que se hizo presente y me dio
existencia, un cuerpo con razón y sentido de superación, que mediante
coincidencias igual de suspicaces me puso aquí, en este lugar y en este tiempo.
A la Tierra Madre, que con tu viaje interminable a través del infinito universo das
sin celo y regalas en cantidad protección y vida. Deja que con mis palabras te
exprese mi sentir, como tu hijo te dedico un agradecimiento, pues, aunque carente
de conciencia no expresas tu amor con palabras, si lo haces con tu belleza y
majestad. Tu que nos llevas en tu viaje y eres nuestro hogar. De ti respiramos y de
ti nos alimentamos. Algún día mí materia volverá a la ti, hasta entonces déjame
ser y preservar tu ser.
Con todo mi amor a mi familia, son mi gran tesoro.
A mis padres que con su dedicación y fortaleza fueron mi motivo para avanzar
hasta el final de este proyecto. Gracias por apoyarme, por creer en mí. Son los
mejores.
A mis doctoras. Y digo mías porque nunca se van a deshacer de mí Dra. Claudia
Castro y Dra. Denise Castro, sepan que este pobre sujeto les estará
inmensamente agradecido el resto de su existencia. Es cada una por igual un
tesoro invalorable. Les dedico esta. Toda mi vida.
A mis amigos, compañeros y hermanos de CIIDIR Sinaloa: Sandy, Juan Carlos,
Laura, Lorena, Jesús, Jaqueline, Cande y José Manuel. Porque con ustedes
compartí los más felices momentos, y estuvieron siempre ahí alejándome de la
locura y de la soledad.
Al amor de mi vida. Que jamás dudó de mi capacidad y fue mi inspiración dudarte
todo este largo camino. Andrea; más que a nadie este fruto de mi esfuerzo va
dedicado a ti.
Y a todas las personas que ocupan un espacio en mi existir y que de alguna u otra
manera me apoyaron en este proceso. Esto también es para ustedes.
VII
Agradecimientos
A las coincidencias y decisiones que me pusieron en este lugar rodeado de
personas estupendas que me apoyaron todo el desarrollo de esta maestría.
Agradezco al Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral
Regional (IPN, CIIDIR Sinaloa), al Departamento de Biotecnología Agrícola y al
Laboratorio de Bioenergéticos por permitirme desarrollar mi proyecto de
investigación y ayudarme a crecer académicamente.
A mis directores de tesis la Dra. Claudia Castro Martínez y el Dr. Edgar Omar
Rueda Puente por su apoyo, paciencia, consejos y excelente dirección en mi
trabajo de tesis. Especialmente agradezco a la Dra. Claudia por abrirme las
puertas de su laboratorio y ayudarme a crecer tanto académica como
personalmente, por su confianza y amistad, gracias totales.
Agradezco a mi comité tutorial, Dr. Carlos Ligne Calderón Vázquez, Dr. A.
Dagoberto Armenta Bojórquez y Dr. Píndaro Álvarez Ruíz por sus consejos y
ayuda durante la elaboración de este proyecto.
A cada uno de mis compañeros y amigos del Laboratorio de Bioenergéticos,
Laboratorio Interacción Microorganismo-Planta, Laboratorio de Nutricion Vegetal y
Laboratorio de Ecología Molecular de la Rizósfera del CIIDIR Sinaloa, gracias por
su apoyo y amistad, y por hacer que mi estancia en este centro fuera más
placentera.
Gracias también a mis compañeros de generación por su compañerismo durante
las clases y seminarios, y por su amistad fuera de este centro de trabajo. A mis
maestros gracias por sus enseñanzas, consejos y por ayudarme a crecer en el
ámbito académico.
Pero ante todo, agradezco a mi familia por su amor y apoyo incondicional a lo
largo de este proceso.
Sin olvidar a cada una de las personas que de alguna u otra forma me bridaron su
apoyo para sacar adelante este importante proyecto.
VIII
ÍNDICE
Pág. ÍNDICE ........................................................................................................................... VIII
ÍNDICE DE CUADROS ..................................................................................................... XI
ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................................... XII
GLOSARIO ..................................................................................................................... XIV
ABREVIATURAS ............................................................................................................ XVI
RESUMEN .................................................................................................................... XVIII
ABSTRACT .................................................................................................................... XIX
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 1
2. ANTECEDENTES ....................................................................................................... 3
2.1 Biocombustibles .................................................................................................. 4
2.1.1 Panorama mundial........................................................................................... 4
2.1.2 Panorama nacional .......................................................................................... 5
2.2 Producción de biodiesel ....................................................................................... 6
2.3 Especies vegetales de importancia bioenergética................................................ 7
2.3.1 Jatropha .......................................................................................................... 7
2.3.2 Higuerilla ......................................................................................................... 8
2.3.3 Palma de aceite ............................................................................................... 9
2.3.4 Salicornia ......................................................................................................... 9
2.3.4.1 Taxonomía de Salicornia spp. ....................................................................... 10
2.3.4.2 Distribución de Salicornia spp. ....................................................................... 10
2.3.4.3 Morfología de Salicornia spp. ........................................................................ 10
2.3.4.4 Mecanismos de tolerancia a la sal de Salicornia spp. .................................... 11
2.3.4.5 Salicornia en la remediación de suelos .......................................................... 11
2.3.4.6 Salicornia como alimento ............................................................................... 12
2.3.4.7 Salicornia como forraje .................................................................................. 13
2.3.4.8 Salicornia como cultivo bioenergético ............................................................ 14
3. JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................... 16
4. HIPÓTESIS .............................................................................................................. 17
5. OBJETIVOS ............................................................................................................. 18
5.1 Objetivo general ................................................................................................ 18
5.2 Objetivos específicos ......................................................................................... 18
6. MATERIALES Y MÉTODOS ..................................................................................... 19
IX
6.1 Estrategia general de trabajo ............................................................................. 19
6.2 Materiales .......................................................................................................... 19
6.3 Metodología ....................................................................................................... 20
6.3.1 Descripción fenológica de la planta S. bigelovii en la región norte de Sinaloa ..20
6.3.2 Determinación de condiciones ideales para germinación y crecimiento de S.
bigelovii .................................................................................................................... 22
6.3.2.1 Respuesta a diferente salinidad de suelo y agua ........................................... 23
6.3.2.2 Determinación de profundidad óptima de siembra ......................................... 24
6.3.2.3 Respuesta a diferente textura de suelo.......................................................... 24
6.3.2.4 Evaluación de la respuesta al pH del suelo ................................................... 25
6.3.2.5 Evaluación de la respuesta a la salinidad del sustrato ................................... 26
6.3.2.6 Evaluación de la respuesta germinativa a diferentes temperaturas ............... 26
6.3.2.7 Evaluación de la respuesta a diferente fertilización de sustrato ..................... 27
6.3.2.8 Evaluación de la respuesta a fertilizantes nitrogenados ................................. 28
6.3.3 Evaluación de diferentes métodos de siembra que garanticen el
establecimiento del cultivo ........................................................................................ 29
6.3.4 Definir la viabilidad de producción de biodiesel a partir de semillas colectadas
de las plantas silvestres evaluadas ........................................................................... 30
6.3.4.1 Extracción de aceite de Salicornia bigelovii ................................................... 30
6.3.4.2 Determinación de parámetros fisicoquímicos del aceite obtenido .................. 31
6.3.4.3 Determinación del perfil de ácidos grasos ..................................................... 32
6.3.4.4 Proceso de producción de biodiesel .............................................................. 33
7. RESULTADOS ......................................................................................................... 34
7.1 Descripción fenológica de la planta Salicornia bigelovii en la región norte de
Sinaloa ......................................................................................................................... 34
7.2 Determinación de condiciones ideales para la germinación y crecimiento de
Salicornia bigelovii........................................................................................................ 37
7.2.1 Evaluación a la respuesta germinativa de diferente salinidad de suelo y agua 37
7.2.2 Evaluación a la respuesta germinativa a profundidad de siembra y textura de
suelo 37
7.2.3 Evaluación a la respuesta germinativa in vitro de diferente pH de sustrato .... 39
39
7.2.4 Evaluación a la respuesta germinativa in vitro de diferente salinidad del
sustrato ..................................................................................................................... 39
7.2.5 Evaluación a la respuesta germinativa a diferentes temperaturas ................. 40
7.2.6 Evaluación a la respuesta germinativa a diferente fertilización pre siembra ... 41
7.2.7 Evaluación a la respuesta vegetativa a diferente fertilización nitrogenada ..... 42
X
7.3 Determinación de condiciones ideales para la germinación y crecimiento de
Salicornia bigelovii........................................................................................................ 44
7.4 Definir la viabilidad de producción de biodiesel a partir de semillas colectadas de
las plantas silvestres evaluadas ................................................................................... 46
7.4.1 Extracción de aceite de Salicornia bigelovii ................................................... 46
7.4.2 Determinación de parámetros fisicoquímicos del aceite obtenido .................. 46
7.4.3 Determinación del perfil de ácidos grasos ..................................................... 47
7.4.4 Proceso de producción de biodiesel .............................................................. 48
8.2. Determinación de condiciones ideales para la germinación y crecimiento de
Salicornia bigelovii........................................................................................................ 50
8.2.1. Evaluación a la respuesta germinativa de diferente salinidad de suelo y agua
……………………………………………………………………………………….. 50
8.2.2. Evaluación a la respuesta germinativa a profundidad de siembra y textura de
suelo ………………………………………………………………………………………...50
8.2.7. Evaluación a la respuesta vegetativa a diferente fertilización nitrogenada ..... 54
8.3. Determinación de condiciones ideales para la germinación y crecimiento de
Salicornia bigelovii........................................................................................................ 55
8. CONCLUSIONES ..................................................................................................... 60
9. PERSPECTIVAS ...................................................................................................... 61
10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 62
XI
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro 1: Sitios de muestreo de poblaciones silvestres de Salicornia
bigelovii en el norte de Sinaloa…………………………………..
20
Cuadro 2: Análisis bromatológico de la semilla de Salicornia bigelovii
silvestre del norte de Sinaloa…………..…………………………
36
Cuadro 3: Resultados de las propiedades fisicoquímicas del aceite……..
46
Cuadro 4: Comparación de calidad del aceite de S. bigelovii con
algunos aceites comestibles……………………………………...
47
Cuadro 5: Porcentaje de los diferentes ácidos grasos contenidos en el
aceite de S. bigelovii regional...…………………………………..
47
XII
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág. Figura 1. Consumo global estimado de energías renovables………….... 3 Figura 2.
Crecimiento anual promedio de energías renovables y producción de biocombustibles…….…………………….………
5 Figura 3.
Areas identificadas para la produccion de cultivos bioenergéticos…………………………………………………
7 Figura 4.
Zonas de distribución de S. bigelovii en el golfo de california……………………………………………………………
10 Figura 5.
Proceso necesario para convertir la fracción lignocelulosica de S. bigelovii en bioetanol……………………………………….
15 Figura 6.
Estrategia general de trabajo………………..……………………
19
Figura 7.
Distribución de los puntos y de las plantas para observaciones fenológicas………………………………………..
21 Figura 8.
Establecimiento de las primeras parcelas experimentales de Salicornia bigelovii durante la temporada de lluvia……..……...
22 Figura 9.
Ubicación geográfica de los diferentes ensayos de campo establecidos de agosto a diciembre de 2015…………………...
29 Figura 10.
Altura promedio de plantas de Salicornia bigelovii silvestre durante su descripción fenológica……………………………….
34 Figura 11.
Comparación del crecimiento de S. bigelovii con la temperatura media de la región………………………………….
34 Figura 12.
Comparación del crecimiento y fenología de S. bigelovii con la precipitación anual media de la región………………………
35 Figura 13.
Desarrollo de la etapa de descripción fenológica………………
36
Figura 14.
Resultados de bioensayo de respuesta a diferente salinidad de suelo y agua……………………….…………………………..
37 Figura 15.
Resultados de ensayo de respuesta a profundidad de siembra en charolas de germinación………….…………………
38 Figura 16.
Resultados del ensayo de repuesta a diferentes texturas de
XIII
suelo………………………………………………………………… 38 Figura 17.
Evaluación de la germinación de S. bigelovii regional a diferentes pH de sustrato ……………………………………….
39 Figura 18.
Evaluación de la germinación de S. bigelovii regional a diferentes concentraciones de NaCl en el sustrato…………….
40 Figura 19.
Determinación del efecto germinativo de diferentes temperaturas en semillas de Salicornia bigelovii regional…….
41 Figura 20.
Comparación de porcentajes de germinación a diferentes fertilizantes presiembra……………………………………………
41 Figura 21.
Determinación de la respuesta a diferentes fertilizantes nitrogenados sobre Salicornia bigelovii silvestre en ensayo de maceta……………………………………………….……………..
43 Figura 22.
Plántulas de Salicornia bigelovii en emergencia a los 23 días después de la siembra….………………………………………...
44 Figura 23.
Evaluación de diferentes métodos de cultivo de Salicornia bigelovii regional……………………………………………………
45 Figura 24.
Proceso de producción de biodiesel a partir del aceite de Salicornia bigelovii…………………………………………………
48
XIV
GLOSARIO
Ácidos grasos insaturados: Son ácidos carboxílicos de cadena larga con uno o
varios dobles enlaces entre sus átomos de carbono.
Biocombustible: Es una mezcla de sustancias orgánicas que se utiliza como
combustible en los motores de combustión interna, puede ser obtenida de
diferentes materias primas de origen orgánico/vegetal.
Biodiésel: Es un líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites
vegetales o grasas animales, con o sin previo uso, mediante procesos industriales
de esterificación y transesterificación; puede ser utilizado en la preparación de
sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo.
Bioenergía: Es la energía renovable que se obtiene por transformación química
de la biomasa.
Bioetanol: Es un producto químico obtenido a partir de la fermentación de los
azúcares contenidos en la materia orgánica de las plantas que se puede utilizar
como combustible. Al mezclarse con gasolina produce un biocombustible de alto
poder energético con una importante reducción de las emisiones contaminantes
en los motores tradicionales de combustión.
Biomasa: Es aquella materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los
residuos y desechos orgánicos, susceptible a ser aprovechada energéticamente.
Biorremediación: Es cualquier proceso que utilice microorganismos: bacterias u
hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para retornar un medio ambiente
alterado por contaminantes a su condición natural. Puede ser empleada para
atacar contaminantes específicos del suelo.
Catalizador: Es cualquier sustancia que acelera una reacción química sin
participar en ella.
Cultivos bioenergéticos: Son cultivos de plantas de crecimiento rápido
destinadas únicamente a la obtención de energía o materia prima para la
obtención de otras sustancias combustibles.
Cultivos oleaginosos: Son aquellos que producen semillas o frutos a los que
puede extraerse aceite, destinado ya sea para uso comestible o industrial.
Enzimas: Son moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones
químicas, siempre que sean termodinámicamente posibles.
Estrés: Conjunto de alteraciones que se producen en el organismo como
respuesta física ante determinados estímulos repetidos adversos.
Fotoperiodo: Es el periodo de tiempo n que se está expuesto a la luz.
XV
Halófita: Es una planta que crece de manera natural en áreas afectadas por
salinidad en las raíces o aerosoles de sal, como en los desiertos salinos, litorales.
Melga: Parcela de tierra preparada y señalada para la siembra.
NGR: Es un fertilizante líquido orgánico que proporciona a las plantas un
desarrollo firme del tallo y una ramificación robusta.
Octanaje: También conocido como número de octano, es la escala que mide la
capacidad antidetonante del carburante, como la gasolina, cuando se comprime
dentro del cilindro de un motor.
Pleamar: Es el fin del movimiento creciente de la marea cuando el agua alcanza
su nivel más alto.
Salinización: Es la acumulación excesiva de sales, cloruros, sulfatos, carbonatos,
bicarbonatos y nitratos de sodio, potasio, calcio y magnesio en aguas y suelos.
Unidades SPAD: Son utilizadas para la medición de clorofila en hojas de las
plantas.
Suculento: Es el término empleado para hojas, tallos o plantas, referido a que
almacena agua y es grueso, blando y jugoso.
Transesterificación: Es la reacción de un éster con un alcohol con el fin de
reemplazar el grupo alcoxi, se utiliza en la síntesis de poliésteres y en la
producción de biodiésel.
Viscosidad: Es una medida de resistencia que presentan los fluidos a las
deformaciones graduales producidas por tensiones cortantes o tensiones de
tracción.
XVI
ABREVIATURAS
ºC Grados centígrados
ANDEVA Análisis de Varianza
C.E. Conductividad Eléctrica
CG-MS Cromatografía de Gases acoplado a Masas
CICESE Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de
Ensenada
Cl- Ion de Cloro
cm Centímetros
CO2 Dióxido de carbono
g Gramos
g/L Gramos sobre Litro
H+ Ion de Hidrógeno
INIFAP Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y
Pecuarias
Kg/Ha Kilogramo sobre hectárea
Km2 Kilómetro cuadrado
KOH Hidróxido de Potasio
L Litro
m Metro
M Molar
m3 Metro cúbico
meq miliequivalente
mg miligramos
min. minutos
mL mililitro
mM milimolar
mm milímetros
XVII
mmhos milimhos
MS Murishige y Skoog
Na+ Ion de Sodio
NaCl Cloruro de Sodio
NMX Normas Mexicanas
μL microlitros
pH Potencial hidrógeno
spp. Muchas especies dentro de un género
ton/ha Tonelada sobre hectárea
U Unidades
UN Unidades de nitrógeno
XVIII
RESUMEN
Salicornia, o espárrago de mar (Salicornia bigelovii Torr.) es una planta terrestre y
silvestre que se desarrolla en las costas de la región noroeste de nuestro país y crece con
agua de mar. Se denomina halófita por su gran capacidad de tolerar condiciones
extremas de salinidad. Esta planta, puede producir semillas y biomasa al mismo nivel o
superior a los cultivos oleaginosos de agua dulce como la soya y el girasol. Sus semillas
contienen hasta un 33% de aceite y 31% de proteína y pueden ser utilizadas para la
producción de biocombustibles y alimento animal, respectivamente. Por lo anterior, este
cultivo, representa una opción atractiva, ya que pueden ser aprovechados suelos
ensalitrados en donde los cultivos convencionales no pueden desarrollarse. La finalidad
del presente proyecto fue determinar la viabilidad de producción de Salicornia bigelovii
Torr. como potencial cultivo bioenergético en el norte de Sinaloa. Fue descrito el
comportamiento fenológico de la especie S. bigelovii en la región norte de Sinaloa y se
demostró que las condiciones climáticas locales tienen una relación directa con el
comportamiento fenológico de la población regional de este cultivo. Además, mostró tener
cualidades agronómicas particulares, un rendimiento aceptable y un buen porcentaje de
aceite en su semilla. Por otro lado, se identificaron los diferentes factores que influyen en
la capacidad germinativa de S. bigelovii regional y son: la temperatura (15-23°C),
profundidad de siembra (1cm), la salinidad del agua de riego y el pH (<8.5) del sustrato.
Se evaluó también el comportamiento germinativo bajo diferente fertilización pre siembra
y los rangos vegetativos de respuesta a fertilizantes nitrogenados sobresaliendo la Urea a
100 unidades por unidad de superficie. Posteriormente, se demostró que es posible
establecer el cultivo de S. bigelovii regional en campo bajo un sistema de melgas. Los
requerimientos hídricos de la planta son muy altos y la mejor época de siembra es la
temporada invernal. Posterior al estudio agronómico, se evaluó el potencial de S. bigelovii
para producir biodiesel. La extracción de aceite se realizó utilizando método mecánico y
por solvente. Los análisis fisicoquímicos y el perfil de ácidos grasos mostraron que este
aceite presenta la calidad para ser utilizado en la obtención de biodiesel. Finalmente, se
obtuvo un rendimento de producción de biodiesel superior al 80% utilizando una relación
molar aceite metanol 1:3, catalizador KOH al 2% y a 60°C durante 60 minutos.
Palabras Claves: Salicornia bigelovii, cultivo bioenergético, Biodiesel.
XIX
ABSTRACT
Salicornia, or sea asparagus (Salicornia bigelovii Torr.) is a wild ground plant that
develops in the coast of the Northwest region of our country and grows with
saltwater. It is denominated halophyte for its great capacity to tolerate extreme
saltiness conditions. This plant can produce seeds and biomass at the same or in a
superior level to fresh water oleaginous crops such as soy and sunflower. It seeds
contain up to 33% of oil and 31% of protein and can be used for biofuel production
and animal feed, respectively. Therefore, this crop represents an attractive option
due to salted soils can be used, where conventional crops cannot grow. The aim of
this study was to determine the production viability of Salicornia bigelovii Torr. as a
potential bioenergy crop in the North of Sinaloa. The phenological behaviour of S.
bigelovii specie in the north region of Sinaloa was described and it was
demonstrated that the local weather conditions are directly related to the
phenological pattern of the regional population of this crop. Moreover, it showed to
have particular agronomic qualities, an acceptable yield and a good percent of oil
in its seed. On the other hand, different factors that influence the germinative
capacity of the native S. bigelovii were identified, which are: temperature (15-
23°C), sowing depth (1 cm), saltiness of the irrigation water and substrate pH
(<8.5). The germinative behaviour under different pre-planting fertilisation and
vegetative response ranges to nitrogen fertilisers were also evaluated, in which
Urea was the most significant at 100 units per surface unit. Subsequently, it was
demonstrated that it is possible to establish the cultivation of native S. bigelovii
under a bed planting system. The plant hydric requirements are sorely high and
winter is the best planting season. After the agronomic studies, the S. bigelovii
potential to produce biodiesel was evaluated. The oil was extracted by mechanic
and solvent methods. The physicochemical analyses and the fatty acid profile
allowed to identify that the oil obtained has the quality required in biodiesel
production. Finally, a biodiesel yield production greater than 80% was obtained
using a 1:3 molar oil methanol ratio, 2% KOH catalyst and 60°C for 60 minutes.
Palabras Claves: Salicornia bigelovii, crop bioenergetic, Biodiesel
1
1. INTRODUCCIÓN
Uno de los desafíos más críticos a nivel global es encontrar suficiente superficie y
recursos hídricos para sostener el requerimiento de alimentos de la población
mundial. Si bien la Tierra es denominada el “planeta azul” haciendo referencia a la
bastedad de sus océanos, muchas de las criaturas terrestres incluyéndonos,
dependen para su alimentación de plantas que son producidas con agua dulce
proveniente de la precipitación anual almacenada en ríos, represas, glaciares y
lagos. Esto se debe a que ninguno de los cultivos de mayor consumo (trigo, maíz,
arroz, papa y soya) tolera los altos niveles de sal contenidos en el agua de mar,
por lo que este recurso hídrico es pobremente aprovechado, reduciendo así la
capacidad productiva de las naciones a su disponibilidad de agua dulce y de
tierras fértiles libres de sal que se tenga la capacidad de irrigar (Glenn et al.,
1998).
El exceso de sales ejerce gran influencia en el crecimiento de las plantas.
Los suelos salinos se encuentran principalmente en zonas de clima árido o
semiárido como es el caso de la región norte del estado de Sinaloa. En este tipo
de regiones, las sales solubles no pueden ser transportadas como consecuencia
de la elevada evaporación característica de este clima, que las concentra en los
suelos y en el agua superficial. Para hacer frente a este problema se han
propuesto algunas especies vegetales de alta productividad que toleran estas
condiciones de estrés y que presentan un gran potencial económico para utilizarse
en los suelos ensalitrados del desierto y zonas costeras (Rueda-Puente et al.,
2009).
Las halófitas son plantas que se desarrollan en hábitats salinos, donde
gracias a sus propiedades fisiológicas pueden absorber y mantener grandes
cantidades de sales, mediante el proceso de regulación osmótica y almacenar
sales en sus tejidos, o bien seleccionar a nivel radicular el paso de cierto tipo de
iones (NaCl) (Gleen et al., 1999). Jones (1998) menciona, que las halófitas se
conforman por una amplia gama de especies, abarcando desde zacates, arbustos
2
y matorrales, hasta el sistema ecológico de los mangles. Sin embargo, entre los
géneros que más destacan se encuentra Salicornia spp.
Salicornia bigelovii se ha propuesto como un sistema modelo para suelos
con problemas de sales, donde la agricultura convencional no se puede desarrollar
adecuadamente, por lo que es de interés estudiarla y desarrollarla como cultivo
con perspectivas de explotación comercial. Esto debido a que sus semillas tienen
un alto contenido de aceites (alrededor del 30%) similar a cultivos oleaginosos
como la soya y el cártamo, también posee un 35% de proteínas que quedan como
subproducto de la extracción del aceite y pueden utilizarse para la alimentación de
animales de engorda (Attia et al., 1996) o de granjas acuícolas (Acosta-Ruiz et al.,
2011). Además se estima tiene una gran capacidad de filtrar CO2 atmosférico, por
lo que el establecimiento de cultivos intensivos en la costa de las zonas áridas
donde naturalmente se desarrolla contribuiría a la reducción de este gas de tipo
invernadero reduciendo sus efectos perjudiciales; aunado a esto se ha propuesto
también para la biorremediacción de suelos con problemas de sales, ya que la
planta tiene la capacidad de extraer estas y retenerlas en sus tejidos (Parks et al.,
2002).
En México, en los estados Baja California, Sonora y Sinaloa, S. bigelovii
tiene una amplia distribución a lo largo de sus costas, diversificándose en ecotípos
de acuerdo a su distribución geográfica, lo cual se observa en una marcada
variación fenotípica, que influye en su abundancia y distribución. En este sentido,
existe el interés de estudiar y desarrollar las diferentes accesiones silvestres como
un cultivo extensivo con perspectivas de explotación sustentable principalmente
para la producción de biocombustibles, aceites vegetales de buena calidad, forraje
altamente nutritivo para el ganado y especies en granjas acuícolas, remediación
de suelos y forestación de zonas áridas costeras con un enfoque ambiental. .
El trabajo que se plantea a continuación, tiene como objetivo describir el
comportamiento de las poblaciones silvestres de Salicornia bigelovii distribuidas
en la región y evaluar su viabilidad como cultivo a gran escala con un enfoque
agroindustrial.
3
2. ANTECEDENTES
El acelerado crecimiento de la población a nivel mundial y en consecuencia, su
mayor demanda de energía, los efectos devastadores del cambio climático, así
como la reducción y dificultad cada vez mayor de acceso a yacimientos de
combustibles fósiles, han planteado a la sociedad la necesidad de buscar fuentes
alternas de energía para cubrir sus necesidades y reducir el daño palpable en el
medio ambiente. En años recientes, diversos países han orientado esfuerzos y
políticas públicas en este sentido, explorando alternativas para la generación de
energía para autoconsumo y exportación con un enfoque sustentable (SAGARPA,
2013).
Para el año 2013, el 81% del consumo total de energía se produce a partir
de fuentes no renovables y sólo el 19% proviene de fuentes renovables como la
energía eólica, geotérmica, hidráulica, mareomotriz, solar y la bioenergía (Figura
1). Aunado a esto, los efectos del cambio climático exigen incrementar los
esfuerzos de las naciones para la generación de energías alternativas como los
biocombustibles, de manera tal que se asegure un aprovechamiento sustentable
de la gran biodiversidad existente, a la vez que fomente las condiciones que
garanticen el abasto alimentario y el cuidado del medio ambiente (REN21, 2014).
Figura 1. Consumo Global estimado de Energías Renovables (REN21, 2014).
4
2.1 Biocombustibles
Los biocombustibles son alcoholes, éteres, ésteres y otros compuestos químicos
producidos a partir de diferentes formas de biomasa, que pueden ser las plantas
cultivadas o silvestres, residuos de la agricultura y actividad forestal (rastrojos), o
desechos industriales, como lo son los desperdicios de la industria alimenticia. La
mayoría de las especies vegetales utilizan la energía solar para producir azúcares,
partiendo de sustancias simples como el agua y el dióxido de carbono,
almacenando esta energía en forma de moléculas de glucosa, almidón o ácidos
grasos insaturados, productos que se someten a diferentes procesos químicos con
la finalidad de producir combustibles y energía. Los biocombustibles de mayor
producción e importancia a nivel mundial son, el bioetanol y el biodiesel (Rojas,
2007).
2.1.1 Panorama mundial
Los biocombustibles líquidos (biodiésel y bioetanol), son la bandera de las
energías renovables a nivel mundial en el sector de transporte, que envuelve tanto
al régimen doméstico como el transporte de carga pesada, aérea y naval.
Actualmente representan solo el 3% de la demanda global de combustibles en
este sector y su crecimiento anual promedio no rebasa el 12% y 6%
respectivamente, siendo los países Europeos, Brasil y Estados Unidos los
principales productores consumidores de estos combustibles alternativos, en los
que destaca principalmente la producción y utilización del biodiesel sobre el
bioetanol (REN21, 2014, Figura 2).
La producción global de biodiesel se concentra en Europa. Los principales
países productores a nivel mundial son: Alemania en el primer puesto, debajo esta
Francia, ambos obtienen el combustible a partir de la Canola. Les sigue los
Estados Unidos, Brasil y la Argentina, estos 3 últimos mediante el cultivo de soya
(Ossa–Basañes, 2012). Sin embargo, ambos cultivos se utilizan para la
alimentación humana y animal, además ocupan tierras y recursos hídricos valiosos
por lo que su carácter sustentable se pone en duda. El otro cultivo importante para
la obtención de biodiesel es la palma de aceite, esta es cultivada principalmente
5
en países asiáticos, siendo Indonesia y Malasia los más representativos en el
aprovechamiento de esta especie, que si bien no se utiliza principalmente para
alimentación humana ha propiciado a la deforestación de vastas regiones de selva
tropical para establecer su cultivo (Martin, 2008).
Figura 2: Crecimiento anual promedio de energías renovables y producción de
biocombustibles (REN21, 2014).
2.1.2 Panorama nacional
En México, el interés por la producción de biocombustibles lleva apenas unos
cuantos años a un nivel comercial, el potencial bioenergético de nuestro país se
estima entre 2,635 y 3,771 petaJoules al año, aunque la producción anual es 10
veces menor (González-Ávila, 2009). Si bien el mayor porcentaje de este
potencial es para combustibles a base de madera, se estima que existe un
potencial extra de 73 millones de toneladas de residuos agrícolas que pudieran ser
6
explotados, aunado a la búsqueda de nuevas alternativas agro sustentables en el
marco de la promulgación de la Ley de Promoción y Desarrollo de Bioenergéticos,
que describe estrategias de planeación para el desarrollo de la producción,
comercialización y el uso eficiente de los bioenergéticos, favorece el desarrollo
regional y el de las comunidades rurales y procura la reducción de emisiones
contaminantes de gases de efecto invernadero (DOF, 2008).
2.2 Producción de biodiesel
La elaboración de biodiesel a partir de aceite vegetal se fundamenta en el proceso
de transesterificación de los glicéridos, en este caso los componentes sobre los
que actúa la reacción química son los triglicéridos que componen mayormente a
los ácidos grasos insaturados de las plantas. Para esto son utilizados diferentes
catalizadores que pueden ser químicos, como el hidróxido de potasio (KOH) o
hidróxido de sodio (NaOH), o biológicos mediante microorganismos que tienen la
capacidad catalítica de produccir lipasas.
La reacción da como productos biodiesel en una conversión cercana a 1
por lo que se considera un proceso bastante eficiente y glicerol como subproducto,
el cual es altamente comercial. El biodiesel obtenido puede ser utilizado
directamente en el vehículo o mezclado con el diesel convencional obtenido del
petróleo (Ossa-Basañes 2012). Esta capacidad es la que da ventaja al biodiesel
sobre el bioetanol, si bien, ambos poseen rangos de viscosidad y octanaje
distintos, el biodiesel resulta más práctico, ya que los vehículos automotores a
base de diesel no requieren ninguna modificación adicional cuando funcionan con
sistema de inyección directa o de pre cámara, situación contrastante en el caso
del bioetanol (Grabalosa y Gabanna, 2006).
7
2.3 Especies vegetales de importancia bioenergética
El potencial agroproductivo de cultivos energéticos en nuestro país se enriquece
con la diversidad de climas que se distinguen a lo largo y ancho del territorio
nacional, estas regiones permiten establecer gran variedad de especies que han
demostrado ser aptas para la producción de biocombustibles líquidos a una escala
comercial. Estudios realizados por INIFAP mencionan las especies más
importantes distribuidas por región para la elaboración tanto de biodiesel como de
bioetanol (Figura 3).
Figura 3: Areas identificadas para la produccion de cultivos bioenergéticos (SAGARPA,
2012).
2.3.1 Jatropha
La Jatropha (Jatropha curcas L.) es una planta que se encuentra en proceso de
domesticación, pertenece a la familia Euphorbiaceae. Y está altamente distribuida
8
en el continente americano, África, India y el Sudeste asiático, tiene la capacidad
soportar diferentes condiciones de estrés por sequía y salinidad, por lo que se
adapta muy bien a condiciones áridas y semiáridas. Es una planta perenne
arbustiva que se desarrolla mejor bajo temperaturas cálidas y soporta variados
regímenes de lluvias. Sus semillas son ricas en aceites (entre el 25 y 35%) del
cual se puede producir biodiesel con un rendimiento de hasta el 92%, además el
subproducto de la extracción del aceite contiene altos valores nutricionales ideales
para la alimentación del ganado (Ossa-Basañes 2012). La principal limitante de
este cultivo es que al establecerse como monocultivo sufre el embate de
patógenos que disminuyen la rentabilidad de su producción (Valdés-Rodríguez,
2011).
2.3.2 Higuerilla
La Higuerilla (Ricinus communis L.) como comúnmente se le conoce en nuestro
país, era considerada por la agricultura como una maleza persistente y molesta.
Sin embargo, recientemente se postuló como uno de los cultivos bioenergéticos
alternativos más prometedores. Se desarrolla en climas secos y semiáridos, con
un hábito de crecimiento arbustivo y perenne. Su importancia bioenergética se
enfoca en sus semillas que son ricas en aceites de ricino, uno de los mejores para
producir biodiesel ya que tiene la cualidad de ser soluble en metanol y etanol, lo
que es una ventaja en el proceso de transesterificación. Además su producción es
de muy bajo costo ya que es muy tolerante a condiciones climáticas adversas. Se
estima que a nivel mundial se cultivan alrededor de 12,600 km2 con una
producción anual de semilla de 902 Kg/ha (Baerman, 2011). Pero a diferencia de
otros cultivos oleaginosos, la higuerilla resulta tóxica para la alimentación animal,
por lo que el aprovechamiento que se le puede dar al resto de la planta es la
fabricación de bio-insecticidas y repelentes para la agricultura orgánica (Ponce et
al., 2013).
9
2.3.3 Palma de aceite
La palma aceitera (Elaeis guianeensis) se ha convertido en uno de los principales
cultivos oleaginosos del mundo representando el 36% del total de la producción a
nivel mundial de aceites vegetales, por lo que se pretende promover su
aprovechamiento en las zonas tropicales de nuestro país. Es una planta perenne,
comienza a producir frutos a partir de los 3 años y tiene una larga vida productiva
de hasta 50 años. Se desarrolla en climas cálidos y muy húmedos característicos
de la región ecuatorial. Del fruto maduro y la semilla se extrae un aceite de buena
calidad para la industria y para la producción de biocombustibles llegándose a
obtener rendimientos de entre 20-28 toneladas por hectárea que se traducen de
2800-6000 litros de biocombustible (Ossa-Basañes 2012).
2.3.4 Salicornia
Salicornia, o espárrago de mar (Salicornia bigelovii Torr.) es una planta terrestre y
silvestre que se desarrolla en las costas de regiones desérticas y calurosas que
crece con agua de mar. Se denomina halófita por su gran capacidad de tolerar
condiciones extremas de salinidad. Además puede producir semillas y biomasa a
un nivel que iguala o excede cultivos oleaginosos de agua dulce como la soya y el
girasol. Sus semillas contienen hasta un 33% de aceite y 31% de proteína. Este
aceite puede ser extraído bajo métodos convencionales de cualquier cultivo
oleaginoso, además contiene un alto contenido de ácido linoleíco (73-75%) y
puede utilizarse el subproducto de su extracción para reemplazar cultivos como la
soya en dietas de engorda de ganado (Gleen et al., 1991). En los últimos años su
potencial se ha disparado hasta posicionarlo en el cultivo oleaginoso más
prometedor para la producción de biodiesel de forma económica y sustentable
(Rueda-Puente et al., 2009, Zerai et al., 2010, Feng y Su, 2013), ya que no
compite con los cultivos convencionales por superficie cultivable, ni por agua dulce
para su riego, pues puede desarrollarse íntegramente y cubrir todo su ciclo de
producción solo con agua de mar.
10
2.3.4.1 Taxonomía de Salicornia spp.
Salicornia spp. es un género extendido de halofitas suculentas, proviene de la
subfamilia Salicornioideae que contiene algunas de las plantas terrestres más
tolerantes a la sal, que a la vez se desprende de la familia Chenopodiaceae.
Comprende entre 25 y 30 especies, siendo Salicornia bigelovii Torr. Una de las
más representativas (Jaradat y Shahid, 2012).
2.3.4.2 Distribución de Salicornia spp.
Salicornia bigelovii Torr. es nativa de las áreas costeras del este, oeste y sureste
de los Estados Unidos, habita en los salares y lagunas costeras de las costas del
océano Pacifico desde Centro América hasta el sureste de California (Troyo,
1994), así como el golfo de México y el caribe. En nuestro país tiene una mayor
densidad de población en los estados del noreste que corresponde a toda la
península de Baja California, Sonora y Sinaloa (Figura 4).
.
Figura 4: Zonas de distribución de S. bigelovii en el golfo de california (Troyo, 1994).
2.3.4.3 Morfología de Salicornia spp.
Es una dicotiledónea, con un hábito de crecimiento herbáceo y anual, su
coloración puede ser verde o púrpura dependiendo la época del año, su altura
11
oscila entre 30 y 60 centímetros, posee tallos cilíndricos suculentos y articulados,
aparenta no tener hojas y su tallo se vuelve leñoso en etapas avanzadas de
desarrollo, su raíz es pivotante, poco profunda. Las flores son diminutas, sésiles y
dispuestas mayormente en paquetes florales de 3 por bráctea. Las brácteas son
opuestas, y las flores están fuertemente arraigadas en cavidades del eje principal
y parcialmente ocultas por las brácteas, produce una semilla por flor, esta es
pequeña, ovalada de color marrón (Feng y Su, 2013).
2.3.4.4 Mecanismos de tolerancia a la sal de Salicornia spp.
Los brotes de Salicornia bigelovii son más grandes y suculentos cuando crecen en
ambientes altamente salinos, es decir que la planta se desarrolla mejor conforme
aumentan las concentraciones de sal de su entorno. Este incremento se ha
correlacionado con la capacidad que tiene la planta de acumular sodio en su
estructura celular, esto lo logra mediante un eficiente mecanismo de secuestración
vacuolar, que se basa en la habilidad de la célula de compartimentar estas
moléculas de sodio por medio de la estimulación de bombas de protones que
regulan el almacenamiento del sodio dentro de la vacuola mediante
intercambiadores Na+/H+. Esta acumulación de iones de sodio en la vacuola
permite proteger enzimas sensibles a la sal en el citoplasma y a la vez
proporcionar un potencial osmótico óptimo para la absorción de agua en
ambientes altamente salinos (Parks et al., 2002).
2.3.4.5 Salicornia en la remediación de suelos
La salinización de los suelos afecta de 1-10 billones de hectáreas en todo el
mundo, y existe un riesgo de que esa superficie aumente de 10 a 16% por año
debido al cambio climático. Este factor es limitante para la producción de
alimentos pues las especies vegetales de mayor demanda alimentaria no se
desarrollan en suelos con problemas de sales, las cuales afectan directamente su
capacidad fotosintética, su absorción de nutrientes, limitan su potencial osmótico y
les producen toxicidad por iones específicos como lo son Na+ y Cl- impidiendo así
12
que la planta crezca (Jesus et al., 2015). En los últimos años se ha propuesto el
uso de plantas para recuperar estos suelos como alternativa al empleo de
productos químicos cuyos elevados costos limitan su remediación.
Se ha demostrado que gracias a la capacidad que tienen algunas plantas
halófitas de almacenar sales en sus tejidos estas tienen el potencial de ser usadas
para remediar suelos afectados por sales (Zerai, 2007), y que su eficiencia para
reducir la conductividad eléctrica (ECe) y el rango de absorción de sodio (SAR) en
los suelos es comparable a otros métodos de remediación, como lo son el lavado
y la aplicación de químicos o compostas (Jesus et al., 2015). El potencial de
Salicornia bigelovii como biorremediadora de suelos ha sido bien documentado
(Hasanuzzaman et al., 2014); y se complementa con su capacidad de ser utilizada
como cultivo de interés comercial lo que trae un doble beneficio sobre el suelo que
se desea recuperar.
Por otra parte se ha demostrado la efectividad de utilizar cultivos de
Salicornia como biofiltro en efluentes de agua derivados de la maricultura donde el
objetivo es evitar que grandes cantidades de nitrógeno, fósforo y sólidos
suspendidos contaminen las aguas costeras propiciando el crecimiento excesivo
de algas dañinas (Shpigel et al., 2013). Este tipo de prácticas representan una
alternativa viable para disminuir las repercusiones ambientales de este tipo de
actividades productivas que regularmente no le dan un tratamiento a sus
desechos.
2.3.4.6 Salicornia como alimento
La planta de salicornia desde hace mucho tiempo se ha incluido en la dieta de los
seres humanos, principalmente en los países mediterráneos, donde se utiliza
como guarnición para acompañar pescados y mariscos. En los últimos años el
interés por su consumo ha aumentado no solo por su sabor agradable sino
también por su alto valor nutricional pue es rica en minerales y antioxidantes como
lo son la vitamina C y el B-caroteno (Ventura et al., 2011).
13
Se estima que en condiciones de alta salinidad (500mM) la planta tiene un
rendimiento de 15 ton/ha al año de producto fresco, mismo que tiene una vida de
anaquel de 6 días pero puede prolongarse con refrigeración (Lu et al., 2010).
Además de su valor nutritivo como alimento se le atribuyen efectos
medicinales y terapéuticos. De acuerdo con la literatura la planta de salicornia
muestra efectos positivos para problemas de salud como la obesidad,
hipertensión, diabetes, asma, artritis, sepsis y cáncer.
También es importante señalar que el aceite de la semilla de la planta de
Salicornia es rico en ácido linoleico (cerca del 70%) un ácido graso esencial para
la salud ya que no puede ser producido naturalmente por el cuerpo humano, lo
que hace de este un aceite vegetal comestible ideal y saludable comparado con
los demás aceites comestibles del mercado pues tiene excelentes propiedades
antioxidantes y anti edad (Feng et al., 2013).
2.3.4.7 Salicornia como forraje
El poder utilizar una planta como Salicornia bigelovii que tolera altas condiciones
de salinidad como forraje es un punto en el que recae un especial interés
especialmente en nuestra región donde el alimento para el ganado suele escasear
varios meses al año hasta la llegada de la temporada de lluvias, también abriría la
posibilidad de crear nuevos sistemas de crianza y producción pecuaria en zonas
donde antes no se consideraría como lo son los salares costeros y demás zonas
aledañas al mar.
El potencial de esta especie como forraje está documentado desde hace
ya décadas, Riley y colaboradores en 1994 evaluaron durante varios años el
efecto de alimentar ovejas y cabras con varios porcentajes de inclusión de
Salicornia bigelovii encontrando que puede sustituir al 50% de los forrajes
convencionales en ovejas y al 100% en cabras. Por otra parte, Kraidees y col.
(1998) encontraron que con un método parecido las ovejas alimentadas con
Salicornia ganaron más peso que el tratamiento control, y que aunque podría
14
pensarse que esta diferencia de peso se debe a la retención de líquidos por la
ingesta de sales contenidas en la planta, se debe a que las sales que se ingieren
ayudan a mejorar a la digestión de las ovejas por lo que asimilan mejor el
alimento.
Por otro lado, también ha sido analizado el efecto de incluir el subproducto
de la extracción del aceite de salicornia para la engorda de pollos, Attia et al.,
(1997) revelaron por medio de diferentes porcentajes de inclusión de este
subproducto rico en proteína (34%) puede reemplazar la dieta convencional de los
pollos siempre y cuando se le adicione colesterol.
Otros estudios también resaltan el potencial de utilizar las semillas y el
subproducto de la extracción del aceite de esta misma para alimentar especies de
importancia acuícola como lo es el camarón (Acosta-Ruiz et al., 2011) y la tilapia
(Ríos-Duran et al., 2013), demostrando que se pueden sustituir parcial o
totalmente las dietas convencionales por una de bajo costo con el mismo
beneficio.
2.3.4.8 Salicornia como cultivo bioenergético
El interés de Salicornia bigelovii como cultivo bioenergético surge a partir de la
necesidad por aprovechar recursos costeros como suelos salinos y aguas
salobres para producir alimentos o productos de interés comercial. La planta de
salicornia se propuso como un cultivo oleaginoso por las propiedades de su
semilla que contiene hasta 30% de aceite, similar a cultivos convencionales como
la soya. Diferentes autores la mencionan como la especie más promisoria para el
aprovechamiento de salares costeros con un interés bioenergético de forma
rentable (Gleen et al., 1998), con el potencial de producir hasta 230 galones de
biodiesel por hectárea cultivada (Shahid et al., 2013), considerándose así una
alternativa para la industria de la aviación (Hari et al., 2015) y el transporte
automotor.
15
El aceite que se obtiene de la semilla de Salicornia puede ser convertido
en biodiesel por medio de la transesterificación ya que sus propiedades son muy
parecidas a los aceites que actualmente se utilizan con este fin. Por otra parte la
producción de esta halófita genera un elevado porcentaje de biomasa
lignocelulósica (90%) que puede ser convertida en bioetanol mediante hidrolisis
enzimática y fermentación microbiana (Brown et al., 2014) (Figura 5 ).
Figura 5: Proceso necesario para convertir la fracción lignocelulosica de S. bigelovii en
bioetanol.
De este modo se propone un sistema completo de aprovechamiento de
Salicornia, la semilla puede destinarse para la producción de biodiesel, el
subproducto de la extracción de aceite se destinaría para la alimentación animal, y
el rastrojo para la producción de etanol.
16
3. JUSTIFICACIÓN
El establecimiento de Salicornia bigelovii como un cultivo a gran escala en la
región permitiría aprovechar tierras estériles e improductivas que usualmente se
desprecian por su alto contenido de sales, además puede regarse únicamente con
agua de mar, el cual es un recurso muy basto y de fácil acceso, evitando así una
competencia por los recursos básicos (agua y suelo) que requieren los principales
cultivos alimenticios de la zona.
Al ocupar superficies desiertas su establecimiento contribuye a disminuir
los efectos del cambio climático pues se están forestando superficies que
generalmente son escazas de vegetación, además se generarían nuevos
ecosistemas que beneficiarían a numerosas especies de aves y peces junto con
nuevas fuentes de empleo, trayendo un beneficio económico a localidades
marginadas de pescadores y ribereños quienes habitan el área donde se puede
cultivar esta especie.
Su aprovechamiento como cultivo oleaginoso podría ser la solución para
satisfacer la escasez de materia prima para la elaboración de biodiesel de una
forma rentable, pues se perfila como un sistema de producción agrícola de bajo
costo ya que utiliza recursos que son abundantes y no que de otra forma no tienen
una utilidad práctica.
17
4. HIPÓTESIS
Es viable establecer la producción de la halófita Salicornia bigelovii Torr. como un
cultivo bioenergético en la región norte de Sinaloa a partir de un buen manejo
agronómico.
18
5. OBJETIVOS
5.1 Objetivo general
Establecer los parámetros de cultivo de la halófita Salicornia bigelovii Torr. en la
región que demuestren su potencial de producción para su aprovechamiento
bioenergético.
5.2 Objetivos específicos
o Describir el comportamiento fenológico de la especie Salicornia bigelovii
en la región norte de Sinaloa.
o Determinar las condiciones físicas, edáficas y culturales que favorezcan
a su propagación (germinación) y crecimiento.
o Evaluar diferentes métodos de siembra que garanticen el
establecimiento de su cultivo.
o Definir la viabilidad de producción de biodiesel a partir de semillas
colectadas de las plantas silvestres evaluadas.
19
6. MATERIALES Y MÉTODOS
6.1 Estrategia general de trabajo
Figura 6. Estrategia general de trabajo
6.2 Materiales
Fueron utilizadas plantas, sustrato y semilla de Salicornia bigelovii Torr.
(identificada por características morfológicas) silvestres encontradas en los salares
costeros del norte de Sinaloa en la localidad de playa El Maviri y Bahía de Ohuira,
esta fue recolectada de manera manual directamente en campo cuando la planta
se encontraba en etapas avanzadas de maduración antes de que la semilla fuese
liberada en la temporada de lluvia.
20
6.3 Metodología
6.3.1 Descripción fenológica de la planta S. bigelovii en la región norte
de Sinaloa
La descripción fenológica de Salicornia bigelovii en la zona norte del estado se
Sinaloa se realizó siguiendo una metodología de observaciones fenológicas para
cultivos anuales. Para esto se implementó un monitoreo inicial para ubicar las
poblaciones silvestres de esta especie en la costa de los municipios de Ahome y
de Guasave (Cuadro 1). Una vez identificados los sitios geográficos donde crecía
la planta se eligió uno en específico de superficie aproximada a una hectárea que
sirvió como parcela de observaciones fenológicas cuyos requisitos fueron: a) tener
las condiciones agronómicas más representativas del resto de los lugares donde
se observó crecimiento de la planta, b) tener buen acceso que no dificultara el
monitoreo periódico y que no corriera riesgo de una alteración que comprometiera
el trabajo de monitoreo.
Cuadro 1: Sitios de muestreo de poblaciones silvestres de Salicornia bigelovii en el norte
de Sinaloa.
Región Área de muestreo Resultado de búsqueda
Norte de Sinaloa Playa Las Glorias Negativo
Playa El Maviri Positivo
Sistema Lagunar Navachiste Negativo
Campo pesquero Cerro
Cabezón
Negativo
Bahía de Ohuira Positivo
En el terreno que se eligió para las observaciones tenía por coordenadas
25°35'15.5"N 109°06'43.6"W. Está situado por la carretera que conduce a la playa
“El Maviri” y se seleccionó por mostrar una gran cantidad de plantas en etapa
21
germinativa-vegetativa. En este se delimitó un cuadrado de 100 metros de lado
aproximadamente (1ha) dentro del cual se marcaron 4 puntos de observación que
fueron los puntos de monitoreo alrededor de los cuales se observaron 10 plantas
al azar, mismas que fueron marcadas con un listón de color. Cada punto de
observación sirvió como réplica (Figura 7).
Figura 7. Distribución de los puntos y de las plantas para observaciones fenológicas.
Durante cada ciclo vegetativo se observaron 10 plantas al azar alrededor
de los puntos marcados para la observación (estacas). Las observaciones y
mediciones se realizaron de forma periódica 2 o 3 veces al mes esto dependiendo
de los cambios fisiológicos generales que se fueron observando, y a la vez se
fueron relacionando con las condiciones agro-meteorológicas del área con el fin de
buscar un patrón de relación entre el crecimiento de plantas con los registros
climáticos y el tiempo.
Los parámetros que se evaluaron se registraron en una plantilla de
observaciones fenológicas, una observación consistía en contar el número de
22
plantas que había alcanzado las características de determinada fase, se definía el
comienzo de una nueva fase cuando 1 de las 40 plantas observadas mostraba la
fase siguiente con respecto a la observada. El conteo se hizo en cada punto de
forma separada y luego se calculó el porcentaje de plantas que presentan la fase
en relación con las 40 plantas observadas. De esta forma se definió si la fase
observada se encontraba en su etapa de inicio (4-19 plantas), plenitud (20-29) o
fin (30-40).
6.3.2 Determinación de condiciones ideales para germinación y
crecimiento de S. bigelovii
Una vez que se obtuvo semilla suficiente de S. bigelovii se establecieron 3
parcelas experimentales en zonas cercanas al mar con la finalidad de aprovechar
la lluvia como factor crucial para el establecimiento del cultivo y evaluar diferentes
métodos de siembra (Figura 8).
Figura 8: Establecimiento de las primeras parcelas experimentales de Salicornia bigelovii
durante la temporada de lluvia.
Sin embargo en ninguno de los ensayos se obtuvo crecimiento alguno. Por
lo que nos dimos a la tarea de analizar qué factores estaban involucrados en la
23
propagación de la S. bigelovii regional que fueran cruciales para el establecimiento
de su cultivo a escala agroindustrial.
6.3.2.1 Respuesta a diferente salinidad de suelo y agua
Se evaluó la respuesta germinativa de semillas silvestres de S. bigelovii a dos
tipos de sustrato de diferente salinidad y a 3 tipos de agua de riego. Para esto se
diseñó un experimento en cajas de petri con 6 tratamientos diferentes y tres
replicas por tratamiento. Se colectó suelo del área de manglar de la Bahía de
Ohuira que sirvió como el sustrato número uno y suelo de la parcela agrícola
experimental del CIIDIR Sinaloa como sustrato número dos. Ambos suelos fueron
depositados en bolsas plásticas dobles y esterilizadas en autoclave a 121°C
durante una hora.
Las semillas de S. bigelovii fueron separadas de la planta seca, limpiadas
con un tamiz de 1mm y sometidas a un proceso de esterilización por inmersión en
etanol al 96% por un minuto, luego en cloro al 3% por 20 minutos y por último se
enjuagaron 5 veces con agua destilada estéril. Se agregaron 10 gramos de cada
suelo a 9 placas cada uno y se sembraron 10 semillas estériles en cada caja con
la ayuda de puntas de 1mm recortadas y una pipeta. Después se les agregó agua
hasta punto de saturación con la ayuda de un gotero. Se agregaron 3 tipos
diferentes de agua estéril quedando los tratamientos de la siguiente manera:
1) Suelo no salino + agua destilada,
2) Suelo salino + agua destilada,
3) Suelo no salino + agua dulce,
4) Suelo salino + agua dulce,
5) Suelo no salino + agua salada, y
6) Suelo salino + agua salada
Se realizaron 3 réplicas por tratamiento. Las placas fueron depositadas en
una cámara de crecimiento con un acomodo completamente al azar a 23°C con un
24
fotoperiodo de 16 horas de luz y 8 de oscuridad por 15 días. Se comparó el total
de semillas germinadas de todas las réplicas por tratamiento y los resultados se
sometieron a un ANDEVA en el paquete SAS con un alfa=0.05.
6.3.2.2 Determinación de profundidad óptima de siembra
Para definir si la profundidad de siembra tiene un efecto directo en el
establecimiento del cultivo de S. bigelovii se diseñó un bioensayo en charolas de
germinación con 5 tratamientos correspondientes a distintas profundidades de
siembra (0, 1, 2, 3, 4 cm). Se utilizó suelo salino de la Bahía de Ohuira el cual fue
previamente esterilizado y semilla en la misma condición. Cada tratamiento ocupó
40 pozos de la charola de germinación, se sembraron en total 3 charolas
alternando la ubicación de los tratamientos. Los tratamientos utilizados se
describen a continuación: 1) superficial, 2) 1 cm de profundidad de siembra, 3) 2
cm de profundidad de siembra, 4) 3 cm de profundidad de siembra, 5) 4 cm de
profundidad de siembra. Las charolas fueron colocadas en invernadero a 25°C
±4°C y fueron regadas con agua dulce cada tercer día durante un mes. Se evaluó
el total de plantas que presentaron emergencia por cada tratamiento, los datos
fueron sometidos a un ANDEVA en el paquete SAS con un alpha=0.05.
6.3.2.3 Respuesta a diferente textura de suelo
Para definir si la textura tiene alguna influencia en la capacidad germinativa de S.
bigelovii regional se diseñó un experimento en maceta. Se emplearon 4 tipos de
suelos de diferente textura de la región de Guasave que fueron donados por el
Laboratorio de Nutrición Vegetal del CIIDIR Sinaloa..
Para el montaje del experimento se esterilizó cada suelo por separado en
autoclave durante una hora a 121°C. De forma independiente se esterilizó semilla
de salicornia silvestre regional por inmersión en etanol al 96% por un minuto,
25
después en cloro al 3% por 20 minutos y por último se enjuagó 5 veces con agua
destilada estéril.
Los tratamientos fueron: 1) Suelo arenoso, 2) Aluvión, 3) Barreal y, 4)
Suelo franco-arcilloso. Se sembraron 4 macetas por tratamiento con 3 semillas por
maceta, utilizando un pincel estéril a una profundidad de 1 cm. Las macetas fueron
depositadas en el invernadero a una temperatura de 25°C ±4°C, y se regaron a
saturación cada 3 días durante un mes. Se comparó los promedios de semillas
germinadas por tratamiento mismos que fueron analizados con un ANDEVA en el
paquete SAS con un alpha=0.05.
6.3.2.4 Evaluación de la respuesta al pH del suelo
También se analizó si el pH del sustrato representaba un factor importante a
considerar en el establecimiento del cultivo de Salicornia. Para esto se estableció
un bioensayo de cultivo in vitro a diferentes valores de pH. Los medios se
prepararon con 4.3 g/L de sales de MS, 15 g/L de Sacarosa y 3 g/L de fitagel
como gelificante, se prepararon 300 mL de medio en matraces de 500 mL por
separado. El pH fue ajustado a 5.5, 6.5, 7.5 y 8.5 correspondiente a los distintos
tratamientos que se evaluaron, estos fueron esterilizados en autoclave a 121°C
por 15 minutos. De forma independiente se esterilizó la semilla conforme a los
protocolos anteriormente descritos. En una campana de flujo laminar se
sembraron 5 semillas por placa de Petri, un total de 4 placas por tratamiento.
Las placas fueron colocadas aleatoriamente en una cámara de
crecimiento de condiciones controladas a 22.3°C y fotoperiodo de 16 horas luz y 8
de oscuridad durante 15 días. Se analizó el total de semillas germinadas para el
total de réplicas entre tratamientos, la longitud total de (tallo + raíz), longitud de la
raíz, la longitud del tallo y el ancho de los cotiledones de 10 plantas al azar de
cada tratamiento. Los datos fueron sometidos a un ANDEVA en el paquete SAS
con un alpha=0.05.
26
6.3.2.5 Evaluación de la respuesta a la salinidad del sustrato
Se decidió analizar si la salinidad en el sustrato representaba un factor
determinante en la germinación de semillas silvestres de S. bigelovii regional, para
esto se diseñó un ensayo de respuesta en cultivo in vitro. Los medios se
prepararon de forma similar a la descrita anteriormente (4.3 g MS, 15 g/L de
sacarosa) solo que esta vez se les adicionó cloruro de sodio a razón de 100, 200,
300 y 400 mM, dejando un medio sin cloruro de sodio para el tratamiento control y
agar como gelificante. El pH se ajustó a 5.8 para todos los tratamientos, se
prepararon 250 mL de cada medio en matraces de 500 mL, estos se esterilizaron
en autoclave a 121°C por 15 minutos. De forma independiente se esterilizó semilla
de S. bigelovii silvestre regional con el mismo protocolo mencionado con
anterioridad. Se sembraron 7 semillas por placa con un patrón superior horizontal
de 3 placas por tratamiento con ayuda de una aguja de disección.
Los tratamientos quedaron de la siguiente manera: 1) 100mM de NaCl, 2)
200mM de Nacl, 3) 300mM de NaCl, 4) 400mM de NaCl, 5) Control. Las placas se
colocaron en raquets de forma vertical en la cámara de crecimiento a 22.3°C por
15 días con fotoperiodo de 16 horas luz, 8 de oscuridad. Se analizó el total de
semillas germinadas para el total de réplicas entre tratamientos, la longitud de la
raíz, la longitud de parte aérea y el ancho de los cotiledones de 10 plantas al azar
de cada tratamiento. Los datos fueron sometidos a un ANDEVA en el paquete
SAS con un alpha=0.05.
6.3.2.6 Evaluación de la respuesta germinativa a diferentes
temperaturas
Para determinar si la temperatura desempeñaba un rol importante en la capacidad
germinativa de la S. bigelovii regional se realizaron ensayos comparativos en
placas de Petri donde la variable de respuesta fue la temperatura ambiental.
Medio de cultivo MS con 400Mm de NaCl fue preparado y servido en placas de
Petri grandes de 10 mL, estas fueron sembradas cada una con 25 semillas de S.
27
bigelovii regional previamente esterilizadas con etanol al 96% e hipoclorito de
sodio al 3%.
Un total de 12 cajas fueron sembradas, 4 para cada tratamiento,
posteriormente las cajas correspondientes para cada tratamiento se colocaron
dentro de bolsas de papel con el propósito de que la iluminación de las cámaras
de crecimiento no influyera en los ensayos, 4 cajas fueron depositadas en un
refrigerador con una temperatura constante de 15°C (T1), otras 4 se depositaron
en una cámara de crecimiento a temperatura constante de 22.3°C (T2) y las
ultimas 4 se colocaron en una incubadora a 30°C (T3). El diseño de los
experimentos fue un completamente al azar. Después de 12 días se comparó el
total de semillas germinadas de los diferentes tratamientos, los resultados fueron
sometidos a un análisis estadístico ANDEVA en el paquete SAS con un
alpha=0.05.
6.3.2.7 Evaluación de la respuesta a diferente fertilización de sustrato
Ensayos a nivel de invernadero fueron establecidos con el objetivo de evaluar si la
presencia o ausencia de un macro elemento en el suelo tenía un efecto
significativo en la germinación de S. bigelovii de manera que sugiriera un margen
de fertilización pre siembra al establecimiento del cultivo.
Vasos de unicel de 250 mL fueron recortados a la mitad y lavados con
hipoclorito de sodio al 1%, luego fueron rellenados con suelo salino estéril traído
de los salares costeros de la Bahía de Ohuira. Tres diferentes fuentes de
fertilizante fueron seleccionados para los tratamientos, Urea para Nitrógeno,
Fosfato monobásico para fósforo, Sulfato de potasio para potasio y triple 17.
El diseño de los experimentos fue un completamente al azar con 5
tratamientos y 5 repeticiones por tratamiento. Cada maceta fue fertilizada con la
equivalencia por unidad de superficie correspondiente a 100 unidades de
fertilizante. La descripción de los tratamientos fue la siguiente: 100U de Nitrógeno
28
(T1), 100U de Fósforo (T2), 100U de Potasio (T3), 100U de N+P+K (T4) y un
tratamiento control sin fertilizante agregado. Cinco semillas por maceta fueron
sembradas a una profundidad no mayor a 1 centímetro y luego colocadas en
invernadero a una temperatura ambiental de 25°C±3°C, se les colocó un recipiente
para contener la humedad y se regaron cada tercer día durante 45 días. Se
comparó el número total de semillas germinadas por repetición de cada
tratamiento y los promedios fueron sometidos a un ANDEVA en el paquete SAS-9
con un alpha=0.05.
6.3.2.8 Evaluación de la respuesta a fertilizantes nitrogenados
Bioensayos en invernadero se realizaron con la finalidad de evaluar el efecto de
diferentes fertilizantes nitrogenados sobre el crecimiento de plantas jóvenes de S.
bigelovii silvestre de la región, para esto se eligieron plantas de aproximadamente
2 meses de edad, de la misma altura y misma localidad. Estas se colocaron en
macetas de 1L de capacidad y se utilizó suelo salino de la playa el Maviri como
sustrato. Se eligieron 3 diferentes fertilizantes nitrogenados: Urea, Sulfato de
amonio y NGR (líquido). Los tres con diferente Índice Salino (IS). De cada fuente
nitrogenada se eligieron 3 niveles de fertilización (Unidades de Nitrógeno), 9 en
total más un tratamiento control sin fertilizante. Los tratamientos se describen a
continuación: 1) Urea 50UN, 2) Urea 100UN, 3) Urea 150UN, 4) Sulfato de Amonio
50UN, 5) Sulfato de Amonio 100UN, 6) Sulfato de Amonio 150UN, 7) NGR 50UN,
8) NGR 100UN, 9) NGR 150UN, 10) Control sin fertilizante.
Las equivalencias de unidades de nitrógeno de cada tratamiento se
escalaron a la superficie de la maceta. Se fertilizaron 3 plantas por tratamiento
dando un total de 30 plantas mismas que fueron crecidas en invernadero a una
temperatura de 25°C±4°C. Se midió contenido de clorofila en unidades SPAD de
forma periódica durante 2 meses y se relacionó con la altura total alcanzada por
las plantas en este periodo. El contenido de clorofila a través del tiempo fue
graficada y las medias de altura y unidades SPAD finales se compararon en con
un ANDEVA en el paquete SAS con un alpha=0.05.
29
6.3.3 Evaluación de diferentes métodos de siembra que garanticen el
establecimiento del cultivo
Fueron realizados 8 intentos de establecimiento de cultivo durante el periodo
comprendido entre el mes de agosto al mes de diciembre de 2015, todos sin éxito
(Figura 9). El criterio de establecimiento de estas parcelas a pequeña escala era
aprovechar el movimiento diario de mareas como base de irrigación, es decir,
buscábamos porciones de suelo desnudo que en pleamar se observaran muy
húmedas y en bajamar permitieran trabajar la tierra. Sin embargo, y a pesar de
utilizar diferentes métodos de siembra y colocación de la semilla no se logró éxito
en ninguno de los intentos. Para entonces descubrimos que la temperatura jugaba
un papel crucial en el establecimiento de cultivo y que estábamos en fechas
ideales para reestructurar los ensayos de campo.
Figura 9. Ubicación geográfica de los diferentes ensayos de campo establecidos de
agosto a diciembre de 2015.
Entendimos que no podíamos depender de las mareas como fuente de
irrigación pues sus movimientos asincrónicos dejaban largos periodos de tiempo
sin humedecer el suelo sembrado. Motivo por el cual los últimos ensayos de
campo se manejaron de forma artificial los riegos.
30
Bajo un nuevo esquema de establecimiento de cultivo se establecieron
parcelas experimentales en los meses de enero y febrero de 2016, en suelos
extremadamente salitrosos al lado de un canal artificial de introducción a la Bahía
de “Ohuira” con las siguientes coordenadas 25°39'56.0"N 109°02'54.0"W. En
suelos con textura arcillosa, un pH alcalino de 8.1 y una C.E. de 88.3 mmhos se
construyeron melgas en un diseño de bloques paralelos al canal para avaluar 3
diferentes métodos de siembra. Cada melga se escarbó a mano con una
superficie de 6m2.
Cada método se consideró un tratamiento con tres repeticiones en un
acomodo por bloques completamente al azar ya que se supuso que la cercanía al
canal podría representar una ventaja para las semillas que se depositaran más
próximas a este; 50 semillas tratadas con un fungicida comercial fueron colocadas
en cada melga, los métodos de siembra fueron los siguientes: Siembra superficial
(voleo) + riego inundado (T1), Siembra localizada (1cm profundidad) + riego
inundado (T2), riego inundado + siembra sobre riego (T3). La lámina de riego
aplicada fue de 4 cm (0.2 m3) para cada tratamiento al momento de la siembra, el
segundo riego se dio a los 10 días de manera uniforme en todos los tratamientos y
se mantuvo una periodicidad semanal.
Se contabilizó el número de plantas emergidas por tratamiento para
determinar cuál era el mejor método de los utilizados para establecer el cultivo de
la S. bigelovii regional. Los promedios de germinación fueron sometidos a un
ANDEVA con un alpha=0.05 en el paquete SAS-9.
6.3.4 Definir la viabilidad de producción de biodiesel a partir de semillas
colectadas de las plantas silvestres evaluadas
6.3.4.1 Extracción de aceite de Salicornia bigelovii
Plantas de S. bigelovii silvestre de la región fueron recolectadas en etapas
avanzadas de senescencia en el mes de junio antes del inicio de la temporada de
31
lluvias. Se recolectaron a mano depositándose en bolsas de plástico para su
trasporte. Posteriormente el material vegetal fue colocado al sol en cajas de cartón
para eliminar toda la humedad posible y facilitar la separación de su semilla.
Después del proceso de secado se realizó el despunte de los arbustos,
este proceso consiste en separar las puntas de los tallos para facilitar el trabajo de
limpieza de la semilla, las puntas separadas se pasaron por un molino de disco
para ser trituradas y de esta forma extraer la semilla contenida en su interior, una
vez molidas se tamizaron hasta dejar las más pequeñas partículas acompañando
la semilla. Estas partículas se separaron por medio de una corriente de viento
hasta dejar la semilla completamente limpia.
Una combinación de dos métodos diferentes se utilizaron para la
extracción del aceite, el primero fue un método de extracción mecánica utilizando
una prensa de extracción de aceite manual de la marca PITEBA, la cual por medio
del calentamiento de un tubo y la regulación de una boquilla permite prensar las
semillas para extraer el aceite contenido dentro de ellas aplicándole fuerza
recurrente a una manivela. El aceite obtenido fue depositado en tubos falcon de 50
mL y filtrado por medio de centrifugación para separar los residuos que pudiese
contener.
El segundo método empleado fue el de extracción por medio de solventes en un
equipo Soxhlet, este se utilizó para desgrasar la pasta residual resultante del
proceso de extracción mecánica con molino, el solvente utilizado fue Hexano. De
esta manera se garantizó una eficiente extracción de los ácidos grasos contenidos
en la semilla.
6.3.4.2 Determinación de parámetros fisicoquímicos del aceite obtenido
La metodología utilizada para determinar los parámetros fisicoquímicos del aceite
obtenido (índice de acidez, índice de yodo, índice de peróxidos e índice de
saponificación) está basada en las diferentes normas mexicanas específicas para
cada índice a evaluar: NMX-F-101-1987, NMX-F-152-SCFI-2005, NMX-K-402-
1973, NMX-F-475-SCFI-2005 respectivamente (Ortiz-Ojeda, 2012).
32
6.3.4.3 Determinación del perfil de ácidos grasos
La determinación y cuantificación de ácidos grasos se realizó por Cromatografía
de Gases acoplada a Espectrometría de Masas (CG-MS) de acuerdo a la
metodología propuesta por Bannon et al. (1982). La técnica se divide en tres
etapas: saponificación, derivatización y extracción de la fase orgánica. Para la
saponificación se colocó 20 μL de aceite en viales ámbar de 4 mL, además se
agregaron 20 μL de estándar interno ácido heptadecanoico (C17:0) y 1 mL de
KOH 0.5M, los viales se incubaron en un horno a 100 °C durante 15 min. Después
de retirar los viales del horno se llevó a cabo el proceso de derivatización para el
cual se agregó a los viales 1 mL de Trifluoruro de Boro (SIGMA) y se agitó en un
vórtex durante 30 segundos para despúes volver a incubar a 100 °C por 15 min.
Para extraer la fase orgánica se tomó con pipetas Pasteur de vidrio el
contenido de los viales y se pasó a tubos de ensaye de 15 mL para realizar
lavados con 2 mL de agua destilada y 3 mL de hexano; después de agitar en
vórtex este lavado se recuperó la fase orgánica en tubos para rotovaporar con
ayuda de pipetas Pasteur de vidrio, y al sobrenadante se le realizó un segundo
lavado con 3 mL de hexano repitiendo el procedimiento descrito. Las fases
orgánicas recuperadas se rotovaporaron a 40°C y el extracto seco fue
resuspendido en 1 mL de isooctano y colocado en viales ámbar para
cromatografía. Las muestras se inyectaron en el cromatógrafo Bruker CP-8400
con el método FULL-SCAN y SIM con las siguientes condiciones: inyector a 250
°C (100 mL/min), detector a 250 °C, helio como gas portador, horno a 210 °C y
una columna HP5 (30 m). Para calcular tanto el contenido de ésteres como el
porcentaje específico de cada ácido graso se utilizaron las siguientes fórmulas:
donde:
ΣA es el área total de los ácidos grasos encontrados
33
AEI es el área del pico del estándar interno (C17:0)
CEI es la concentración en mg/mL de la solución de C17:0
VEI es el volumen en mL del estándar interno
m es la masa en mg de la muestra y
AG es el área del pico del ácido graso de interés
6.3.4.4 Proceso de producción de biodiesel
El aceite de S. bigelovii obtenido de la extracción mecánica filtrado y limpio se
utilizó como materia prima para la elaboración de biodiesel. La reacción de
trasesterificación se llevó a cabo siguiendo la metodología utilizada por Ortiz-
Ojeda en 2012. La condiciones de reacció fueron: relación molar aceite-metanol
1:3, con un 2% de KOH como catalizador. La temperatura de reacción fue de 60°C
y el tiempo de reacción fue de 60 minutos.
Terminada la reacción se llevó a cabo un centrifugado de la muestra para
separar el biodiesel producido de la glicerina, esta se decantó y se le dieron 2
lavados al biodiesel con agua destilada y un secado en horno a 48°C por 30
minutos, repitiéndose el proceso de decantación para separar el agua destilada.
Obteniéndose finalmente biodiesel puro y limpio.
La eficiencia de la reacción se calculó utilizando el peso del biodiesel
producido entre el peso del aceite de S. bigelovii empleado multiplicado por 100
como se muestra en la siguiente formula:
Rendimiento de transesterificación= Peso de metil ésteres producidos X 100
Peso de aceite de S. bigelovii usado
34
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL
Alt
ura
de
pla
nta
(c
m)
7. RESULTADOS
7.1 Descripción fenológica de la planta Salicornia bigelovii en la región
norte de Sinaloa
Los datos de las observaciones como crecimiento y etapa fenológica se graficaron
de tal forma que pudieran ser comparados con las condiciones climáticas y
agrometeorólogicas del periodo de observación (Figura 10, 11, 12).
Figura 10: Altura promedio de plantas de Salicornia bigelovii silvestre durante su
descripción fenológica.
Figura 11: Comparación del crecimiento de S. bigelovii con la temperatura media de la
región (Modificado, Datos Climáticos CICESE).
35
Figura 12: Comparación del crecimiento y fenología de S. bigelovii con la precipitación
anual media de la región (Modificado, Datos Climáticos CICESE).
Las observaciones fenológicas iniciaron en el mes de noviembre de 2014
donde se tomó registro de las fenofases de la población silvestre de S. bigelovii.
La germinación y desarrollo de la yema ocurrieron en semanas previas al inicio del
monitoreo. De diciembre a marzo se dio la etapa vegetativa, con el crecimiento de
brotes, ramificación y diferenciación del tallo. En marzo comenzamos a observar
las primeras flores.
De mediados de marzo y hasta finales de mayo se observó la aparición
ininterrumpida de flores hasta principio de junio cuando inició la fase de
maduración, las flores se desprendieron y las plantas empezaron a tornar una
coloración amarillenta de forma descendente, la maduración se vio de forma
heterogénea hasta mediados de julio y principios de agosto cuando el total de
plantas censadas alcanzó la senectud (Figura 13).
36
Figura 13: Desarrollo de la etapa de descripción fenológica.
Una vez concluida la descripción fenológica se colectaron las semillas de
las plantas evaluadas se calculó su rendimiento, obteniendo un promedio de 4.039
g de semilla por planta, también se analizó su contenido de aceite el cual superó el
30% de su peso total (Cuadro 2).
Cuadro 2: Análisis bromatológico de la semilla de Salicornia bigelovii silvestre del norte
de Sinaloa.
Análisis (%) Resultado
Humedad 8.18 ± 0.12
Proteína 24.15 ± 1.09
Extracto etéreo 30.68 ± 0.41
Fibra cruda 30.37 ± 0.57
Cenizas 4.74 ± 0.08
ELN 10.06
37
7.2 Determinación de condiciones ideales para la germinación y
crecimiento de Salicornia bigelovii
7.2.1 Evaluación a la respuesta germinativa de diferente salinidad de
suelo y agua
En la Figura 14 se muestran los resultados de germinación de semillas de S.
bigelovii en respuesta a las distintas condiciones de salinidad de suelo y agua. De
los tratamientos 3 y 4 se obtuvieron los mejores resultados, con un 70-73% de
germinación, los T1 y T2 mostraron un ligeramente menor porcentaje entre 53-
60%, mientras que los tratamientos 5 y 6 mostraron tener la más baja tasa de
germinación (27%).
Figura 14: Resultados de bioensayo de respuesta a diferente salinidad de suelo y
agua.
7.2.2 Evaluación a la respuesta germinativa a profundidad de siembra y
textura de suelo
La respuesta de germinación con respecto a la profundidad de siembra se muestra
en la Figura 15, donde el tratamiento 2 mostró el mayor porcentaje de
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
T1 T2 T3 T4 T5 T6
Germ
inació
n (
%)
Tratamientos
b
ab
a a
c
c
T1: Aluvión+H2O destilada
T2: Salino+H2O destilada
T3: Aluvión+H2O dulce
T4: Salino+H2O dulce
T5: Aluvión+H2O salada
T6: Salino+H2O salada
38
germinación, seguido del tratamiento 1, y los tratamientos 3, 4 y 5 no mostraron
resultados en germinación.
Figura 15: Resultados de ensayo de respuesta a profundidad de siembra en
charolas de germinación.
En el caso de la textura de suelo, los resultados de la tasa de germinación de los
tratamientos se graficaron como se muestra en la Figura 16, donde los 4
tratamientos mostraron porcentajes similares de germinación (40-55%), es decir
no presentaron diferencia significativa.
Figura 16: Resultados del ensayo de repuesta a diferentes texturas de suelo.
0
5
10
15
20
25
30
35
T1 T1 T3 T4 T5
Germ
inació
n (
%)
Tratamientos
T2
b
a
c c c
T1: Superficial
T2: 1 cm
T3: 2 cm
T4: 3 cm
T5: 4 cm
0
10
20
30
40
50
60
70
T1 T2 T3 T4
Germ
inació
n (
%)
Tratamientos
a
a a
a
T1: Arenoso T2: Aluvión T3: Barreal T4: Franco-arcilloso
39
7.2.3 Evaluación a la respuesta germinativa in vitro de diferente pH de
sustrato
El efecto del pH sobre el porcentaje de germinación de la semilla de S. bigelovii es
mostrado en la Figura 17. El tratamiento con pH 5.5 mostró los resultados más
altos, al aumentar el pH en 1 grado el porcentaje de germinación disminuyó
ligeramente, pero al incrementar el pH a 7.5 se identificó una reducción
considerable y el tratamiento con el pH más alto (8.5) obtuvo el menor grado de
germinación, siendo significativamente diferente a pH 5.5 y 6.5 (Figura 17).
Figura 17: Evaluación de la germinación de S. bigelovii regional a diferentes pH de
sustrato.
7.2.4 Evaluación a la respuesta germinativa in vitro de diferente salinidad
del sustrato
Altos porcentajes de germinación se mostraron en los 5 tratamientos con
diferentes concentraciones de salinidad. Con 400 mM de NaCl se obtuvieron los
mejores resultados, seguido de los tratamientos con agua salina.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
pH 5.5 pH 6.5 pH 7.5 pH 8.5
Germ
inació
n (
%)
Diferentes valores de pH
5.5 6.5 7.5 8.5
a
a
ab
c
40
Los resultados en porcentaje de germinación con las distintas concentraciones de
salinidad mostraron alta similitud, siendo el tratamiento con 400 mM de NaCl el de
mayor porcentaje, seguido del tratamiento con 300 mM de igual forma que con el
que contenía agua desalinizada, en menor porcentaje el tratamiento con 100 mM y
el que contenía 200 mM de NaCl mostró los resultados más bajos en germinación.
Sin embargo, todos los tratamientos fueron estadísticamente iguales (Figura 18).
Figura 18: Evaluación de la germinación de Salicornia bigelovii regional a diferentes
concentraciones de NaCl en el sustrato.
7.2.5 Evaluación a la respuesta germinativa a diferentes temperaturas
Los ensayos realizados del efecto de la temperatura sobre el porcentaje de
germinación en semillas de S. bigelovii regional se presentan en la Figura 19.
Elevados porcentajes en germinación fueron obtenidos a 15 y 22.5°C (80-90%),
mientras que nula germinación fue identificada a 30°C (Figura 19).
0
20
40
60
80
100
120
TEST 100mM 200mM 300mM 400mM
Germ
inació
n (
%)
Concentraciones de NaCl (mM)
Control
a a
a
a a
41
Figura 19: Determinación del efecto germinativo de diferentes temperaturas en semillas
de Salicornia bigelovii regional.
7.2.6 Evaluación a la respuesta germinativa a diferente fertilización pre
siembra
Los distintos tratamientos de fertilización pre siembra mostraron buenos resultados
con respecto a la respuesta germinativa, siendo el tratamiento con K el que mostró
el mayor porcentaje (60%), seguido del tratamiento con P con 55%, NPK obtuvo
un 48%, y los tratamientos con N y CON un 45% de germinación (Figura 20).
Figura 20: Comparación de porcentajes de germinación a diferentes fertilizantes pre
siembra.
0
20
40
60
80
100
120
15°C 22.5°C 30°C
Germ
inació
n (
%)
Temperaturas
a
a
b
0
10
20
30
40
50
60
70
80
N P K NPK CON
Germ
inació
n (
%)
Tratamientos de fertilización (100 Unidades)
a
a a
a a
42
7.2.7 Evaluación a la respuesta vegetativa a diferente fertilización
nitrogenada
En la Figura 21 se muestran los resultados de plantas en respuesta a las
diferentes concentraciones de fertilización nitrogenada, las variables de respuesta
fueron: altura de planta, el contenido de clorofila en los distintos tratamientos y las
lecturas de SPAD de cada tratamiento con respecto al tiempo en semanas.
43
Figura 21: Determinación de la respuesta a diferentes fertilizantes nitrogenados sobre
Salicornia bigelovii silvestre en ensayo de maceta.
44
7.3 Determinación de condiciones ideales para la germinación y
crecimiento de Salicornia bigelovii
Después de 23 días se observó la primera emergencia (Figura 22) y en la Figura
23 se observa una buena respuesta germinativa en los tratamientos 1 y 2 que
consistieron en la aplicación del agua de riego posterior a la siembra siendo el
tratamiento 2 el que mayor número de plantas por repetición demostró.
Figura 22. Plántulas de Salicornia bigelovii en emergencia a los 23 días después de la
siembra.
Se observaron patrones regulares de nacencia por tratamiento, siendo el
tratamiento 3 el peor método evaluado ya que no se observó germinación alguna
bajo este esquema de establecimiento del cultivo (Figura 23). La nacencia y
presencia de plantas fue significativamente mayor en el método de siembra
localizada a profundidad controlada de 1 centímetro y riego por inundación por
sobre la siembra a boleo superficial y riego por inundación, donde se obtuvieron 2
veces menos plantas establecidas por repetición. No se observó diferencia
significativa en el efecto de los bloques sobre los tratamientos. Se demostró que el
manejo del agua juega un papel crucial en el establecimiento del cultivo de la
Salicornia regional y en el desarrollo posterior de las plantas germinadas mismas
que tienen un requerimiento de humedad de suelo muy elevado.
45
Figura 23: Evaluación de diferentes métodos de cultivo de Salicornia bigelovii regional.
0
5
10
15
20
25
T1 T2 T3
No
. d
e p
lan
tas
Métodos de siembra
T1: Superficial+riego inundado T2: Localizada+riego inundado ( 1 cm de profundidad) T3: Riego inundado+siembra sobre riego
b
a
c
46
7.4 Definir la viabilidad de producción de biodiesel a partir de semillas
colectadas de las plantas silvestres evaluadas
7.4.1 Extracción de aceite de Salicornia bigelovii
Muy buena eficiencia se obtuvo de implementar un método combinado de
extracción mecánica de aceite con el equipo Soxhlet de extracción por hexano, los
rangos en cuanto a cantidad fueron equivalentes a los obtenidos en el perfil
bromatológico realizado al final de la descripción fenológica, donde el método
utilizado fue solamente extracción por solventes de semilla finamente triturada.
7.4.2 Determinación de parámetros fisicoquímicos del aceite obtenido
Buenos resultados fueron obtenidos de las diferentes técnicas analíticas utilizadas
para determinar las principales propiedades fisicoquímicas del aceite obtenido;
Índice de acidez, índice de saponificación, índice de peróxido e índice de yodo,
según las Normas Mexicanas establecidas (Ortiz-Ojeda, 2012). Los resultados se
muestran en el Cuadro 3, donde se observan los valores obtenidos junto a los
parámetros permitidos por las normas mexicanas y americanas para los aceites
vegetales.
Cuadro 3: Resultados de las propiedades fisicoquímicas del aceite
Parámetro evaluado Valores permitidos
NMX Y USA
Valores obtenidos
Índice de acidez (mg
KOH/g de aceite)
<5 1.12
Índice de peróxidos (meq
de peróxidos/Kg de aceite)
<20 2.28
Índice de saponificación
(mg KOH/ g de aceite)
184-200 190.7
Índice de yodo (g de
yodo/100 g de aceite)
<135 144.3
47
En el Cuadro 4 se muestra una comparación de los resultados obtenidos del
análisis fisicoquímico del aceite en cuestión con aceites comestibles disponibles
en el mercado.
Cuadro 4: Comparación de calidad del aceite de S. bigelovii con algunos aceites
comestibles.
Aceite vegetal Índice de
saponificación
Índice de yodo Índice de acidez
Salicornia bigelovii 190.73 144.38 1.12
Aceite de coco 250 1.5-10.0 0.5
Aceite de algodón 190-198 98-112 0.5
Aceite de cártamo 186-196 135-148 0.5
Aceite de girasol 188-194 100-145 0.5
Aceite de linaza 188-195 170 0.5
Aceite de oliva 185-196 79-90 0.5
7.4.3 Determinación del perfil de ácidos grasos
La composición de los ácidos grasos contenidos en el aceite de Salicornia bigelovii
silvestre regional fue caracterizado mediante Cromatografía de Gases y los
resultados se muestran en el Cuadro 5.
Cuadro 5: Porcentaje de los diferentes ácidos grasos contenidos en el aceite de
Salicornia bigelovii regional.
Tipo de ácido graso
Contenido de aceite (%)
Fórmula Porcentaje de
ácido graso (%)
Saturados
16.36
Palmítico 14.03 C 16:0
Esteárico 2.33 C 18:0
Monoinsaturados 7.16
Oleico 7.16 C 18:1
Poliinsaturados 75.85
Linoleico cis-9, 12 68.34 C 18:2
Linolénico cis-9,12 7.51 C 18:3
48
El aceite de S. bigelovii esta compuesto principalmente por ácidos grasos
poliinsaturados (75.85%) principalmente ácido linolénico. Enseguida se
encuentran los ácidos saturados, que representan el 16.36% y finalmente el ácido
oleico con un 7.16%.
7.4.4 Proceso de producción de biodiesel
Se logró exitosamente producir la reacción de transesterificación del aceite con la
relación estequiométrica utilizada de aceite:metanol, el catalizador utilizado, así
como el tiempo y la temperatura de reacción, la separación del biodiesel y la
glicerina se observó de manera clara, los lavados y secados del biodiesel
producido también se realizaron exitosamente. Las condiciones de reacción
fueron: relación molar aceite/metanol – 1:3, catalizador KOH al 2%, temperatura
de 60ºC y tiempo de reacción 60 minutos. El rendimiento obtenido fue de 82.49%.
Figura 24. Proceso de producción de biodiesel a partir del aceite de Salicornia bigelovii
Planta seca de Salicornia bigelovii Semilla de S. bigelovii
Extracción física y con solvente de aceite de semilla de S. bigelovii
Aceite de S. bigelovii
limpio
Transesterificación de aceite de S.
bigelovii
Decantación: biodiesel-glicerol
Obtención de Biodiesel purificado
de S. bigelovii
49
8. DISCUSIÓN
8.1. Descripción fenológica de la planta Salicornia bigelovii en la región norte
de Sinaloa
Los patrones de crecimiento y desarrollo de Salicornia bigelovii mostraron
relación directa con las condiciones climáticas de precipitación y temperatura de
nuestra región. Troyo et al. (1993) mencionaron que una gran cantidad de factores
bióticos y abióticos como la salinidad del suelo, materia orgánica, aumento en la
precipitación y temperatura influyen en la germinación de las especies halófitas
como S. bigelovii, sin embargo hace mención que en Baja california Sur, esta
especie florece de julio a noviembre, y nuestros datos de observación describen la
etapa de floración de marzo a junio, lo que sugiere que la fenología de S. bigelovii
cambia bastante de una región a otra, aun cuando no exista mucha diferencia
entre los patrones estacionales y la distancia entre estas regiones, lo que sugeriría
una diferenciación genotípica, es decir, que se traten de diferentes ecotipos.
También se pudo observar que la germinación ocurre en la época de otoño
cuando la temperatura disminuye. No obstante, se requerirá un análisis más
detallado para determinar cuál es el factor más importante en la propagación de
esta especie.
Además, se demostró que el ciclo de vida estimado de las plantas
evaluadas oscila entre 235 y 240 días, desde la germinación hasta la senescencia
y liberación de semilla, estos resultados son comparables con los reportados por
Gleen et al. (2012) con un ciclo vegetativo de 240 días, así como Falasca et al.
(2013) con un ciclo vegetativo estimado entre 205-240 días.
Por otro lado, del análisis bromatológico de la semilla de S. bigelovii (Cuadro 2)
el contenido de lípidos observado coincide con lo reportado previamente por Glenn
et al. en 1991 y 2013 donde reportan entre 28-33% de aceite en semillas de S.
bigelovii cultivadas en Puerto peñasco, México.
50
8.2. Determinación de condiciones ideales para la germinación y
crecimiento de Salicornia bigelovii
8.2.1. Evaluación a la respuesta germinativa de diferente salinidad de
suelo y agua
La comparación de medias sobre la germinación (Figura 14) mostró una diferencia
significativa de los tratamientos 1, 2, 3 y 4 que fueron regados con agua dulce y
destilada, tanto en suelo no salino como en suelo salino por sobre los tratamientos
que se regaron con agua salada; tratamientos 5 y 6.
En los primeros tratamientos se logró un porcentaje de germinación muy
alto de las semillas sembradas, sugiriendo que el agua dulce o con muy bajo
contenido de sales disueltas es un factor detonante de la germinación de estas
semillas en cultivo in vitro, independientemente de la salinidad del sustrato. Estos
resultados coinciden con lo mencionado previamente por Ajmal y Bilquees (2008),
quienes reportan que existen especies de plantas halófitas que a pesar de su
condición adaptativa que les permite crecer y desarrollarse en ambientes
altamente salinos germinan mejor en condiciones de baja salinidad en el riego.
Muy baja germinación se observó en los tratamientos irrigados con agua
salina, sin embargo, la emergencia no fue inhibida por completo, este bajo
porcentaje germinativo coincide con lo observado en el hábitat natural donde crece
S. bigelovii, planta que, a pesar de liberar gran cantidad de semilla al entorno, solo
logra germinar un bajo porcentaje. Lo que indica además que hay otros factores
relacionados en este importante proceso.
8.2.2. Evaluación a la respuesta germinativa a profundidad de siembra
y textura de suelo
Diferencias significativas fueron observadas en los resultados de profundidad de
siembra (Figura 15) mismos que muestran que la planta tiene una buena
capacidad germinativa cuando es depositada en el primer centímetro del suelo,
esto tiene sentido debido al tamaño de la semilla, profundidades superiores limitan
51
la capacidad de la plántula a emerger, es por eso que no se observó germinación
en los tratamientos 3, 4 y 5 que corresponden a las mayores profundidades
evaluadas.
Las semillas que fueron depositadas en la parte superior del pozo sin
enterrar mostraron capacidad germinativa, pero muchas de ellas no alcanzaron a
desarrollarse bien, este comportamiento puede ser atribuido a que al estar
expuestas eran más propensas a sufrir daños por el manejo de los riegos y la
temperatura. Los resultados de este bioensayo demostraron de manera
contundente que la profundidad de siembra es también un factor importante a
considerar en el establecimiento del cultivo de nuestra planta en estudio.
Los resultados del ensayo (Figura 16) sugieren que la germinación de S.
bigelovii no se ve afectada por la textura de su sustrato. Buenos resultados en la
tasa de germinación de los tratamientos fueron observados, lo que indica que la
profundidad de siembra es la correcta y que las condiciones altas de humedad
relativa gracias a los riegos periódicos a saturación podrían ser un factor de mayor
importancia del que se creería, esto debido a que las características de los suelos
dadas por el contenido de arenas, limos y arcillas se ven amortiguadas por el
recurrente estado de humedad al que debe estar el suelo para que la planta se
desarrolle.
8.2.3. Evaluación a la respuesta germinativa in vitro de diferente pH de
sustrato
Diferencias apreciables entre los porcentajes de germinación con respecto a los
valores de pH a los que fue sometida la semilla fueron claramente observadas, la
tasa de germinación del tratamiento 4 (pH 8.5) presentó un promedio de
germinación significativamente menor a los demás tratamientos, sugiriendo que la
planta tiene preferencia por valores de pH de suelo ligeramente ácidos y neutros al
menos en la etapa germinativa.
Por otro lado, también se observaron diferencias significativas para el
mismo tratamiento en la longitud de raíz, razón que lleva a considerar que la
planta no solo se ve limitada en su germinación sino también para desarrollar su
52
radícula. A pesar de eso, no se observó diferencia alguna entre la longitud del tallo
y el ancho de los cotiledones, es decir; en parte aérea las plántulas se
desarrollaron de forma muy similar en todos los tratamientos. No se descarta que
esta tendencia de diferencias de crecimiento y tasa de germinación se pueda
deber a los reactivos utilizados para el ajuste de pH al momento de preparar los
medios de cultivo.
8.2.4. Evaluación a la respuesta germinativa in vitro de diferente
salinidad del sustrato
Buena capacidad germinativa fue observada tanto en los tratamientos con NaCl
como en el control sin NaCl (Figura 18), lo que permite definir que la planta de S.
bigelovii silvestre regional tiene un amplio rango de tolerancia a salinidad de su
sustrato. Resultados similares fueron observados por Rozema et al. en 2012,
quienes sugieren un rango óptimo de crecimiento entre 100-200 mM de NaCl. Por
otro lado, Panta et al. (2014), mencionan un rango un poco más amplio entre 100-
300 mM de NaCl; mientras que Zhou et al. en 2015 publican un óptimo de
crecimiento entre 100-400 mM de NaCl, similar a los rangos evaluados en este
ensayo.
Las plántulas germinadas en el tratamiento con 100 mM de NaCl mostraron
una tendencia en el parámetro de longitud de raíz a sobresalir de los demás
tratamientos evaluados, sin embargo, en análisis estadístico no sugiere
significancia. Por otra parte, las plántulas germinadas en el tratamiento con 200
mM de NaCl mostraron una tendencia a menor longitud de raíz, pero tampoco fue
significativamente menor.
Es interesante observar que los tratamientos con mayor contenido de sal
crecen de manera similar al control sin NaCl, condición que permite discernir que
por lo menos en estas primeras etapas de desarrollo, la salinidad no juega un
papel tan importante para el desarrollo de las plántulas. Además, no se encontró
diferencia significativa en la longitud de parte aérea ni en el ancho de los
cotiledones de los tratamientos con respecto al control.
53
8.2.5. Evaluación a la respuesta germinativa a diferentes temperaturas
Diferencias significativas contundentes fueron observadas en los ensayos de
respuesta a germinación a diferentes temperaturas ambientales (Figura 19),
mismos que demostraron que la especie silvestre regional de Salicornia bigelovii
prefiere temperaturas templadas para emerger, no se encontró diferencia
significativa entre en tratamiento a 15°C y 22.5°C mostrando en ambos un
porcentaje germinativo muy bueno, por otro lado en el tratamiento a 30°C no se
observó emergencia en ninguna de las repeticiones, lo que demuestra que
condiciones cálidas inhiben completamente la germinación de la especie o la
dejan en un estado de latencia.
Rivers y Weber en 2006 analizaron el comportamiento germinativo de S.
bigelovii a tres temperaturas diferentes: 4.4°C, 15.5°C y 26.6°C; encontrando
buenos porcentajes de germinación para todos ellos. Nuestros resultados podrían
sugerir un límite de tolerancia que no se había considerado y que pudiera tener tal
repercusión en la propagación de esta planta de interés.
Además, este comportamiento coincide perfectamente con el observado en
la descripción fenológica de la población regional, donde la etapa germinativa
correspondía a los meses del año que la temperatura media es menor a 22°C. En
base a esto, se puede sugerir que la época de siembra ideal para nuestra especie
en estudio correspondería a la temporada invernal (noviembre-febrero) al menos
en la región noroeste de Sinaloa.
8.2.6. Evaluación a la respuesta germinativa a diferente fertilización
pre siembra.
Ninguno de los tratamientos de fertilización mostró una inducción germinativa
significativamente mayor al control sin fertilizante (Figura 20), lo que sugiere que la
presencia o ausencia de un elemento nutricional específico del suelo no tiene
54
importancia en la capacidad de la semilla de Salicornia bigelovii regional para
germinar.
Los resultados de estos bioensayos permiten concluir que la fertilización pre
siembra se debe realizar a criterio de las características fisicoquímicas específicas
del suelo donde se quiera establecer el cultivo de nuestra planta de interés y que
no es necesario la aplicación de un elemento nutricional especifico al suelo para
tener un buen arranque de cultivo. De esta manera se sugiere que los factores
controlables más importantes para el establecimiento del cultivo de esta especie
son la alta humedad constante, baja salinidad en el agua de riego para la etapa de
germinación, siembra superficial y sobre todo la temperatura, factor que puede ser
crucial en el establecimiento del cultivo y que solo puede ser manejado mediante
la elección de la época de siembra.
8.2.7. Evaluación a la respuesta vegetativa a diferente fertilización
nitrogenada
La evolución del contenido de clorofila de cada tratamiento mostró patrones muy
variados entre los diferentes fertilizantes y sus concentraciones (Figura 21),
alcanzando la mayoría de ellos la lectura más alta a las 3 semanas después de
aplicado el fertilizante, tiempo del cual, después este parámetro se mantiene para
luego disminuir ligeramente en la octava semana después de la aplicación.
Los rangos de absorción de las diferentes fuentes nitrogenadas por parte de
las plantas fueron tan similares que al parece no existe diferencia considerable
causada por las composiciones químicas de los fertilizantes utilizados. Sin
embargo, en la comparación de altura y contenido de clorofila finales se aprecia
diferencia significativa en el tratamiento 2 (Urea 100 UN) sobre todos los demás, lo
que sugiere que ese rango de fertilización y esa fuente nitrogenada son mejor
asimilados por la planta, dato que ha de considerarse en los ensayos de campo.
55
8.3. Determinación de condiciones ideales para la germinación y
crecimiento de Salicornia bigelovii
Buena respuesta germinativa fue observada en los tratamientos 1 y 2 que
consistieron en la aplicación del agua de riego posterior a la siembra, siendo el
tratamiento 2 el que mayor número de plantas por repetición demostró (Figura 22).
Se observaron patrones regulares de nacencia por tratamiento, siendo el
tratamiento 3 el método evaluado menos recomendable, ya que no se observó
germinación alguna bajo este esquema de establecimiento del cultivo (Figura 23).
La nacencia y presencia de plantas fue significativamente mayor en el método de
siembra localizada a profundidad controlada de 1 centímetro y riego por
inundación, por sobre la siembra a boleo superficial y riego por inundación, donde
se obtuvieron 2 veces menos plantas establecidas por repetición. No se observó
diferencia significativa en el efecto de los bloques sobre los tratamientos. Se
demostró que el manejo del agua juega un papel crucial en el establecimiento del
cultivo de la Salicornia regional y en el desarrollo posterior de las plantas
germinadas, mismas que tienen un requerimiento de humedad de suelo muy
elevado.
Buen desarrollo y crecimiento de plantas se observó en los tratamientos 1 y 2
a las cuales se les realizó monitoreo constante, aireación de suelo, fertilización en
base a los resultados de ensayos anteriores y manejo preventivo y correctivo de
enfermedades. 90 días posteriores a la siembra siguieron demostrando muy
buena supervivencia. El sistema de melgas demuestra ser una alternativa viable
para el establecimiento de la S. bigelovii regional con un enfoque de producción
agronómica a gran escala.
8.4. Definir la viabilidad de producción de biodiesel a partir de semillas
colectadas de las plantas silvestres evaluadas
8.4.1. Extracción de aceite de Salicornia bigelovii
La modificación del método tradicional de extracción realizada representa una
disminución considerable en el gasto energético y los costos que representa el
56
proceso de extracción del aceite de semilla, pues el prensado ahorra la necesidad
de triturar finamente la semilla ya que esta se prensa completa y además reduce
el uso de solventes y calor para la extracción en Soxhlet, tratamiento que solo se
aplica sobre los residuos de pellet que se obtienen del prensado.
Todos los trabajos revisados que hacen mención a un método de extracción
específico para estas semillas, por ejemplo el de Anwar et al. (2002) y el de D'oca
et al. en 2011, utilizan hexano para separar los lípidos de los demás componentes
de esta materia prima. Este método a escala semi industrial e industrial es en
exceso caro e inviable. Un método combinado de extracción donde el 80% de los
lípidos se obtengan con un muy bajo gasto de energía e insumos como el de
extracción mecánica que se utilizó propone una alternativa económicamente viable
de obtención de aceite que permita colocar el producto (en este caso biodiesel) de
forma competitiva en el mercado.
Además, se sugiere la posibilidad de optimizar esta técnica de extracción de
manera que se incremente la eficiencia de extracción hasta eliminar la necesidad
de utilizar solventes por completo sobre el subproducto.
8.4.2. Determinación de parámetros fisicoquímicos del aceite obtenido
El aceite de Salicornia bigelovii mostró un índice de acidez inferior a 5 mg KOH/g
de aceite, que en términos bioquímicos significa que no contiene elevadas
cantidades de ácidos grasos libres indicando un buen potencial de transformación
por transesterificación. Un índice de peróxidos de 2.28 meq/Kg significa que el
aceite obtenido no presenta rancidez oxidativa. El índice de saponificación por su
parte, mostró valores de 190.7 que indica que el aceite analizado cuenta con una
muy buena concentración de triglicéridos. Además, de este parámetro se
determina indirectamente el peso molecular de la grasa que posteriormente será
transformada en biodiesel. El valor de peso molecular calculado para nuestro
aceite fue de 885.81 g por Mol. Finalmente, el valor de índice de yodo superó los
rangos permitidos por las normas con un valor de 144.3, es decir que tiene una
57
gran proporción de ácidos grasos insaturados y una mayor densidad, como el
aceite de cártamo y de linaza, clasificándose dentro del rango de los aceites
secantes.
Nuestros resultados del aceite en índice de saponificación son comparables
con los reportados por Anwar et al. en 2002 (178.6-189.0) para semillas de S.
bigelovii cultivadas en Pakistán con un método de extracción por hexano, pero
difieren un poco con nuestro índice de yodo (128.0-130.5). Estudios similares
como el reportado por Choi et al. (2014), pero en Salicornia herbaciea, muestran
similitudes en índice de acidez (1.89 mg KOH/g de aceite) y saponificación (216.21
mg KOH/g de aceite), sin embargo, reportan valores muy altos en cuanto a índice
de peróxidos (10.20 meq/Kg de aceite) y muy bajos en cuanto a índice de yodo
(1.08 g L/g aceite).
Por otra parte, el estudio de Eganathan et al. (2006) reportan parámetros
fisicoquímicos de aceite, pero de Salicornia brachiata en rangos fuera de lo
esperado para la mayoría de los observados en nuestro aceite (índice de acidez
9.2; índice de yodo 19.01, índice de peróxido 46.9 e índice de saponificación de
547.53), lo que demuestra que a pesar de pertenecer al mismo género de plantas
el aceite de las diferentes especies de salicornia difieren bastante en sus
características.
Haciendo una comparación de los valores obtenidos en nuestro análisis de
los parámetros fisicoquímicos del aceite de Salicornia bigelovii silvestre de nuestra
región con otros aceites comestibles (Cuadro 4) se observó que nuestro aceite
tiene características generales similares con el aceite de cártamo, girasol y linaza
(Eganathan et al., 2006). Condición que puede sugerir incluso un potencial
comercial alternativo a su transformación en biocombustible, que necesitaría de
estudios más detallados sobre el aceite que describan sus principales
características nutricionales.
58
8.4.3. Determinación del perfil de ácidos grasos
Cerca del 70% de los ácidos grasos contenidos en el aceite de extracción
mecánica son ácido linoleico, este resultado coincide con lo reportado previamente
por Hassan et al. en 1994 (66.5%) y por Anwar et al. en 2002 (74.66%) para
Salicornia bigelovii específicamente. Las proporciones de los demás ácidos grasos
(estérico, palmítico y oleico) varían, pero conservan la misma tendencia, a
excepción de la proporción del ácido linolénico, donde ambos autores reportan
cantidades de 1.4 y 1.5-2.31% respectivamente, mientras que nuestro aceite
mostró un valor de 7.51% superior a lo esperado.
Nuestros resultados mostraron los mayores porcentajes de ácidos grasos
monoinsaturados y poliinsaturados, lo cuales son recomendables para la
producción de biodiesel (Ortiz-Ojeda, 2012). En este trabajo se pretende
demostrar la viabilidad de producir biodiesel a partir del aceite de S. bigelovii y en
base a la composición de ácidos grasos, es probable que la reacción de
transesterificación se lleve a cabo de manera eficiente.
8.4.4. Proceso de producción de biodiesel
La eficiencia de reacción obtenida fue del 82.5% la cual se considera muy buena
para ser un experimento de viabilidad. Con esto se demuestra el inmenso
potencial que tiene S. bigelovii regional para ser establecida como un cultivo
masivo en la región con el fin de producir aceite que puede ser transformado en un
biocombustible de muy buena calidad. Se recomienda para futuros trabajos la
optimización del proceso de producción de biodiesel a partir de este aceite, pues
se cree que esta eficiencia es mejorable si se realizan modificaciones a los
componentes y a las condiciones de la reacción. Además, se debe resaltar que el
biodiesel obtenido fue transformado a partir de aceite de extracción mecánica,
confirmando que se puede obtener el producto final por medio de técnicas
rentables y sustentables de proceso.
59
Existen pocos trabajos relacionados con la producción de biodiesel a partir
del aceite de Salicornia, uno de ellos es un informe final de proyecto FIC-r 2012
“Factibilidad técnico-económica de la producción de biodiesel a partir de salicornia,
en la región de Coquimbo” a cargo de la Universidad de la Serena, Chile (2014).
Donde mencionan que no lograron reaccionar los componentes de la
transesterificación y por lo tanto no se pudo transformar el aceite obtenido en
biodiesel. Nuestro trabajo, a pesar de ser a nivel laboratorio (pequeña escala,
<100 g), establece que es posible la transformación de este aceite en combustible,
y que además el proceso de producción puede ser mejorado y optimizado para
incrementar los rendimientos de biodiesel obtenidos.
60
8. CONCLUSIONES
Considerando que las investigaciones sobre Salicornia bigelovii se encuentran aún
en etapa temprana en Sinaloa, este proyecto presenta las siguientes conclusiones.
Las condiciones climáticas locales tienen una relación directa con el
comportamiento fenológico de la población regional de S. bigelovii misma
que demostró tener cualidades agronómicas particulares, un rendimiento
aceptable y un buen porcentaje de aceite en su semilla.
Los diferentes factores que influyen en la capacidad germinativa de la S.
bigelovii regional son en orden de importancia: la temperatura (15-23°C),
profundidad de siembra (1cm), la salinidad del agua de riego y el pH (<8.5)
del sustrato.
El comportamiento germinativo bajo diferente fertilización pre siembra y
los rangos vegetativos de respuesta a fertilizantes nitrogenados fueron
mejores con Urea a 100 unidades por unidad de superficie.
Es posible establecer el cultivo de la S. bigelovii regional en campo bajo
un sistema de melgas. La nacencia y presencia de plantas fue
significativamente mayor en el método de siembra localizada a
profundidad controlada de 1 centímetro y riego por inundación por sobre la
siembra a boleo superficial y riego por inundación. Los requerimientos
hídricos de la planta son muy altos y la mejor época de siembra es la
temporada invernal.
Fue posible la obtención de aceite de Salicornia bigelovii utilizando un
método de extracción físico y con solventes. El aceite de S. bigelovii
mostró cualidades deseables en sus parámetros fisicoquímicos similares a
aceites de importancia agroindustrial como el de cártamo y girasol; su
perfil de ácidos grasos corrobora la particularidad de este aceite.
Se demostró la viabilidad de transformar el aceite de S. bigelovii en
biodiesel mediante reacción de transesterificación obteniendo una
eficiencia superior del 80% con una relación molar aceite/metanol de 1:3,
2% de KOH como catalizador, a una temperatura 60°C y un tiempo de
reacción de 60 minutos.
61
9. PERSPECTIVAS
o Realizar estudios de susceptibilidad a plagas y fitopatogenicidad de la
planta.
o Producir una guía técnica del cultivo de Salicornia en el estado de Sinaloa.
o Mejorar el proceso de extracción mecánica del aceite.
o Optimizar el proceso de transformación del aceite a biodiesel
o Realizar la producción de biodiesel a mayor escala
o Evaluar la viabilidad de producir bioetanol a partir del rastrojo de salicornia.
62
10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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