Ana-Zyme P: Impacto en la digestión anaerobia del estiércol de granja lechera

por Justin Hall, especialista en proyectos, Universidad de Wisconsin-Stevens Point

Resumen

El Instituto Wisconsin de Tecnología Sostenible de la UW Stevens Point realizó un estudio para evaluar el impacto de Ana-Zyme P en la digestión anaeróbica del estiércol de las granjas lecheras.

Este estudio fue diseñado para evaluar los impactos de Ana-Zyme P en la generación de biogás en un digestor mesófilo de estiércol lácteo suplementado con grasas, aceites y grasas (GyA). La prueba fue de estilo BMP a 97°F (36°C) durante 56 días. La generación de biogás se controló durante todo el estudio. Este estudio comparó una adición única de 5 ppm de Ana-Zyme P con un control (sin aditivo). La muestra que contenía Ana-Zyme P alcanzó un pico de generación de metano de 13 (mL CH4/g VS) después del período de 56 días, lo que representó un aumento de 3.3 veces en la generación de gas en comparación con el control.

Fondo

Una granja lechera de Oregón estaba interesada en la digestión anaerobia para utilizar el estiércol de las vacas lecheras para producir biogás. Esta planta encargó a "Digester Doctor Laboratories" un estudio de optimización para maximizar el rendimiento de metano a partir del estiércol. La alimentación de las vacas lecheras, que suele componerse predominantemente de hierba y ensilado de maíz, se complementa a menudo con aditivos ricos en proteínas, como la soja, para mejorar la producción de leche. Sin embargo, esto hace que se libere un exceso de proteínas en el estiércol de vaca que suelen ser difíciles de degradar en los digestores anaerobios.

Las proteínas pueden ser un valioso sustrato alimentario en la digestión anaerobia debido a su contenido en aminoácidos. En los digestores anaerobios, los aminoácidos libres pueden ayudar a estimular la producción de enzimas, lo que conduce a una degradación más completa de los sustratos anaerobios, como el estiércol lácteo y GyA. Sin embargo, las proteínas que contienen estos aminoácidos son difíciles de degradar. Estas proteínas también tienen un contenido relativamente bajo en carbono. Esto significa que las bacterias anaerobias suelen favorecer la degradación de otros sustratos, como las grasas o los azúcares, por su alto rendimiento energético frente a las proteínas.

La producción de enzimas es más eficiente a partir de aminoácidos libres que de otras fuentes de nitrógeno como la urea. La urea y el amoníaco son necesarios para sintetizar aminoácidos libres para producir proteínas, lo que añade un paso adicional para la producción de enzimas que puede limitar la eficiencia del digestor anaerobio.

Estos conceptos nos llevaron a realizar este estudio sobre Ana-Zyme P para ver si su capacidad para degradar proteínas podía ayudar a mejorar la producción de metano en una instalación de estiércol lácteo. Ana-Zyme P es un producto biocatalizador diseñado específicamente para degradar proteínas complejas con el fin de mejorar la disponibilidad de aminoácidos libres.

Objetivo

Determinar los efectos de Ana-Zyme P en la generación de biogás en un digestor de estiércol lácteo suplementado con GyA.

Métodos

En este estudio, utilizamos una prueba de estilo BMP para medir la generación de metano con Ana-Zyme P en comparación con un control. La prueba BMP fue realizada por "Digester Doctor Laboratories". Las muestras utilizadas en el estudio fueron estiércol lácteo con alto contenido de sólidos que se complementó con GyA en una proporción de 4:1 con 4 partes de GyA por 1 parte de estiércol. Las pruebas BMP se realizaron en frascos de 500 mL mantenidos entre pH 6,8-7,2 en todos los reactores durante toda la duración del experimento. La temperatura en los reactores se mantuvo a 97°F (36°C). Se añadió Ana-Zyme P a los reactores de prueba con una dosis única de 5 ppm al comienzo de la prueba. Todos los reactores se ejecutaron por triplicado para asegurar la consistencia. Los resultados fueron analizados por Aquafix Inc. Laboratories.

Debate y conclusiones

En general, observamos un aumento de la producción de metano con la adición de Ana-Zyme P frente a nuestro control. También observamos una producción de metano más sostenida. Esto sugiere que Ana-Zyme P contribuyó a una mayor biodisponibilidad de nutrientes, probablemente debido a una mejor degradación de las proteínas en aminoácidos libres. Sin embargo, la mayor disponibilidad de nutrientes puede haber dado lugar a un período de retraso más largo antes del primer gran pico de generación de metano alrededor de los 27 días con AnaZyme P (figura 1). Lo más probable es que este pico se deba a que las bacterias anaerobias necesitan generalmente un mayor tiempo de aclimatación para hacer frente a tasas de carga más elevadas. También hay que tener en cuenta que el reactor se sembró con estiércol de vaca como inóculo. El estiércol de vaca no está tan bien aclimatado para un ensayo BMP como una muestra recogida de un digestor mesófilo mixto, lo que explica la limitada producción total de metano en este ensayo.

Otra nota interesante fue el pico de producción de metano en nuestro reactor de control que se produjo bastante pronto en la prueba y después cesó toda la producción de metano. Esto sugiere que el sustrato de alimentación puede haber carecido de algunos nutrientes clave para la producción de metano. La falta de nutrientes específicos podría provocar que las bacterias anaerobias fueran incapaces de producir las enzimas necesarias para la degradación de sustratos alimentarios como GyA.

En nuestros reactores con Ana-Zyme P, también observamos una producción de metano un tanto inusual. Tras el periodo inicial del estudio, observamos un gran pico en la producción de metano en torno a los 26-30 días y 36-40 días. Durante otros periodos, la producción de metano parecía lenta y constante. Esto probablemente sugiere que, aunque nuestros reactores Ana-Zyme P también pueden haberse visto obstaculizados por deficiencias de nutrientes, las bacterias anaerobias presentes fueron capaces de superar este obstáculo y desarrollar otras vías para la producción de metano. Actualmente estamos planificando futuros ensayos de esta prueba en los que se añadan micronutrientes para controlar más directamente los efectos de Ana-Zyme P en las tasas de producción de metano.

Acumulación de metano en reactores de estiércol lácteo

Figura 1 (arriba)

Observamos una generación acumulada de metano de 3 mL CH4/g VS con nuestro control frente a 13 mL CH4/g VS con Ana-Zyme P. Esto refleja un aumento de 3,3 veces en la producción de metano en nuestros reactores con la adición de Ana-Zyme P. El reactor con Ana-Zyme P tuvo un período de aclimatación algo más largo antes de su primer pico de producción de metano frente al control. Sin embargo, la producción de metano se mantuvo durante 56 días con Ana-Zyme P frente a 21 días con el control. Es posible que la producción de metano hubiera continuado con Ana-Zyme P más allá de los 56 días de duración de la prueba.