Uso de enzimas para mejorar la calidad del agua y el suelo en los estanques acuícolas.
En la acuicultura los impactos ambientales como el deterioro de la calidad del agua y los fondos de los estanques en malas condiciones se están convirtiendo en problemas desafiantes y omnipresentes. Este artículo destaca las medidas que se deben tomar para mejorar la calidad del agua y el suelo de los estanques acuícolas y por ende el entorno inmediato de los peces y camarones. Mejores condiciones de crìa conllevarìa a una mejora del rendimiento general de sus peces y camarones.
A medida que se expande y desarrolla la industria acuícola surgen muchísimos desafíos a enfrentar, y uno de los problemas màs importantes para las operaciones acuícolas es el impacto ambiental. Los sistemas de cultivos intensivos en estanques traen como resultado altas concentraciones de cargas orgánicas que provocan el deterioro de la calidad del agua y de los fondos de los estanques donde se acumulan compuestos tóxicos como el amoniaco, nitritos y sulfuros de hidrògeno. Esto cambia la composición bacteriana en el agua y el suelo del estanque aumentando la presencia de bacterias patógenas que contribuyen en gran medida a la apariciòn de enfermedades en los peces y camarones.
Aplicaciòn directa de enzimas
Una forma de mejorar la calidad del agua y el suelo en la acuicultura es a travès de la aplicación directa de enzimas y microorganismos beneficiosos en los estanques. Este tipo de aplicaciòn biotecnológica es conocida como ‘biorremediaciòn’ y no es màs que un enfoque ecológico que implica la manipulación de los microorganismos en los estanques con el objetivo de reducir las bacterias patògenas, aumentar la mineralización de la materia orgánica y eliminar los compuestos de desecho a travès de enzimas especìficas.
En el proceso de biorremediaciòn las enzimas juegan el papel de catalizadores que aceleran las reacciones bioquímicas en el agua y suelo del estanque. Cuando se les añade al agua del estanque o se propaga en el fondo, las enzimas son capaces de degradar los principales constituyentes orgánicos que se encuentra normalmente en los estanques de peces y camarones.
Cada enzima tiene su modo de acciòn y es muy especìfica en la reacción química que cataliza. Por ejemplo la proteasa hidroliza las proteínas insolubles y la amilasa a los polisacáridos como el almidòn; la celulasa cataliza la descomposición de la celulosa (la pared celular màs importante en las plantas); la ß-Glucosidasa està implicada en la catàlisis de la hidròlisis y la biodegradación de varios SS-glucósidos presentes en los residuos vegetales; por último la lipasa trabaja sobre los lípidos o grasas (Tabla 1)
Las enzimas tambièn se producen naturalmente y son excretadas por algunos microbios. Estas enzimas extracelulares como la celulasa, la proteasa y la amilasa se producen durante la fermentación aeròbica de la materia orgánica y son producidas por microorganismos como por ejemplo las especies de Bacillus . Los bacilos se encuentran normalmente en los sedimentos de los estanques aunque también se le puede añadir al agua del estanque con fines de biorremediaciòn. Algunos Bacillussp tambièn son capaces de degradar compuestos nitrogenados y su gran variedad de enzimas excretadas (extracelulares) ayudan a acelerar la degradación de materia orgánica y compuestos tóxicos como el amonìaco.
Algunas enzimas especìficas pueden estar activas en una amplia gama de condiciones ambientales, mientras que otros microorganismos poseen una estrecha gama de condiciones ambientales para proliferar (pH, oxìgeno, disponibilidad, etc). Ciertas enzimas son capaces de actuar en varios entornos y permanecen activas inculso cuando las condiciones ambientales cambian drásticamente, fundamentalmente si están inmovilizadas en un soporte. Por ejemplo, la proteasa es capàz de trabajar eficazmente en pH entre 4 y 11 y con temperaturas de menos de 20 °C y mayores a 70 °C (Whiteley et al., 2002). Ademàs, otra ventaja de esta inmovilización es que la actividad de la enzima se conserva y puede ser reutilizada (Karam y Nicell, 1997).
En la actualidad existe un gran interés en la fabricación de estos preparados enzimáticos a pesar de los altos costos de aislamiento, purificación y producción. Sin embargo algunos de estos productos están siendo usados como agentes de biorremediaciòn en la acuicultura.
Beneficios comprobados de la biorremediaciòn
Las enzimas tienen la capacidad de estabilizar la material orgánica del suelo y se pueden utilizar con eficacia para mantener la calidad del suelo (fondo) y las condiciones de crìa de muchas especies acuáticas. No existe una enzima especìfica que pueda trabajar de manera eficaz en todos los casos (Ruggaber y Talley, 2006). La vìa de biorremediaciòn màs eficaz en acuicultura es una mezcla que contenga una variedad de enzimas. La eficacia y modo de acción de las enzimas requiere de:
• Catalizar la degradaciòn de la materia orgánica (como las heces, alimentos no digeridos, y algas muertas) • Apartar las partículas màs grandes de lodo (defloculaciòn) y reducir la acumulación de lodo. • Reducir los contenidos sòlidos • Descomponer los residuos vegetales • Reducir las condiciones anaeróbicas en el fondo del estanque • Promover la degradación de ciertos nutrientes complejos • Facilitar la liberación de nutrientes altamente digestibles
Las enzimas reducen de manera eficàz la acumulación de lodo y las condiciones anaeróbicas en el fondo del estanque además de promover la rápida degradación de la materia orgánica que se acumula, especialmente bajo condiciones de cultivo intensivo. Esta materia orgánica comprende los alimentos no consumidos, el plancton muerto, los suelos minerales, las heces y los microorganismos patógenos del suelo donde las condiciones son normalmente anaeróbicas. Sin embargo, para todos estos procesos de biorremediaciòn catalizados por enzimas, la presencia de bacterias beneficiosas es también importante (Boyd y Gross, 1998). Las enzimas aceleran los procesos microbianos al descomponer las partículas de lodos màs grandes, creando asì màs àreas de superficie que luego pueden ser atacadas o fermentadas por microbios. Esta reducción de lodo y materia orgánica muerta se puede observar visualmente no solo en la calidad del agua, sino también en la calidad del suelo
La combinaciòn de bacterias y enzimas
Para probar los efectos de una combinación de microbios y enzimas beneficiosas sobre la calidad del suelo bajo condiciones pràcticas del estanque, se llevò a cabo un estudio de campo donde se utilizò un probiòtico comercial (2 x 109 CFU/g, AquaStar® PondZyme, de BIOMIN GmbH, Austria) que contiene una mezcla de enzimas (amilinasas, xilinasas, celulosas y proteasas) en condiciones de cultivo intensivo de camarones en Zhuhai, China( camaron blanco –Litopenaeus vannamei).
Los camarones juveniles ( de aproximadamente 1.4g de peso cada uno) se ubicaron en cuatro estanques de tierra de 0.7 – 0.8 ha/estanque, con una profundidad de 1 – 1.2 m y una densidad de 50 camarones / m². El ensayo durò 57 dìas y se le aplicò una dosis mensual de 500 g/ha del producto al grupo de tratamiento (2 estanques). El grupo de control se encontraban en los dos estanques restantes bajo condiciones normales de producción. Los dos estanques que contenían los grupos de tratamiento recibìan la misma dieta.
La Figura 1 muestra que el crecimiento diario promedio de los camarones del grupo de tratamiento aumentò en un 36 por ciento. En la Figura 2 se puede observar que en el grupo de tratamiento el FCR mejorò un 9 por ciento en comparación con el grupo de control.
En la imagen 1 se puede observar el color amarillo del suelo de los estanques de tratamiento, que se considera el mejor tipo de fondo, mientras que la imagen 2 muestra el fondo de los estanques del grupo de control que tiene un color negro opaco, un indicador de la acumulación de materia orgánica muerta.
Los resultados sugieren que con el uso combinado de bacterias beneficiosas y enzimas, los suelos de color negro y lodo orgánico pegajoso se pueden ir tornando amarillos. En los animales las enzimas ayudan a mejorar el crecimiento y el rendimiento al balancear su entorno ambiental.
Las mejoras de la aplicaciòn de enzimas pueden ser mayor en los estanques con densidades y tasas de alimentación màs altas, donde la calidad del agua y el suelo se deteriore mucho màs durante el período de producción.
Resultados prometedores
Para la mejora de las condiciones acuáticas ambientales bajo condiciones de cultivo intensivas, la aplicación combinada de enzimas y bacterias beneficiosas es una herramienta de manejo muy efectiva y prometedora. Las enzimas juegan un papel importante como agentes de control biológico en el cultivo en estanques, fundamentalmente en la calidad del agua, el suelo y por supuesto en el rendimiento de los peces y camarones de cultivo.
Los estudios han confirmado que en los estanques donde se utilizan cepas de bacterias y enzimas existen mejores condiciones de suelo (amarillo) y se experimenta un aumente del rendimiento de los camarones. Por otro lado, en los estanques donde no se le aplica el tratamiento se observa una acumulación de materia orgánica muerta (suelo negro).
La adiciòn de enzimas especìficas como las proteasas, amilasas, celulasas, xilanasas y/o bacterias productoras de enzimas como el Bacillus sp., promueve la pre-digestiòn de ciertos nutrientes complejos y facilita liberaciòn de nutrientes altamente digeribles. Todo ello ayuda a reducir el lodo y la acumulación de materia orgánica, asì como las condiciones anaeróbicas en el fondo de los estanques, mejorando las condiciones de crìa de los camarones y peces.
Autor: Elisabeth Mayer MSc, BIOMIN, Austria
