WO2013030422A1 - Procedimiento para obtener biofertilizantes y bioestimulantes para agricultura y alimentación animal - Google Patents

Procedimiento para obtener biofertilizantes y bioestimulantes para agricultura y alimentación animal Download PDF

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WO2013030422A1
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enzyme extract
organic
organic enzyme
concentrated
residues
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Juan Parrado Rubio
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Heineken España, S.A.
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    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses

Definitions

  • the invention relates to the field of chemistry applied to agriculture, more specifically to organic plant nutrition, and animal feed.
  • the invention relates to a process for obtaining organic enzyme extracts from residues of the beer industry that can be used as biostimulants and biofertilizers in agriculture, particularly organic farming, and as protein supplements in animal feed.
  • a fertilizer is an organic or inorganic substance, natural or synthetic, which is used to enrich the soil and provide plants with one or more of the nutritional elements essential for their normal vegetative development.
  • organic fertilizers provide organic matter to the soil that, for sandy soils or with low-activity clays, for example, represents an improvement in physical, chemical and biological properties, due to their effect conditioner.
  • Such fertilizers may contain micronutrients and beneficial microorganisms such as yeasts, bacteria or fungi.
  • micronutrients and beneficial microorganisms such as yeasts, bacteria or fungi.
  • aqueous fertilizer composition for the leaves and roots of plants containing Saccharomyces yeast is described, in addition to trace elements, complexing agents, buffering agents and other nutrient series such as amino acids, humic acids, enzymes, sugars, etc.
  • CN 1966663 (“COMPOSITE MICROORGANISM FOLIAGE FERTILIZER BACTERIA AGENT AND ITS PRODUCING METHOD AND USE", 05/23/2007) describes a microbial agent that is composed of Saccharomyces cerevisiae, Lactobacillus plantarum, Mucor racemosus and Aspergillus or Aspergillus or Aspergillus or Aspergillus or Aspergillus or Aspergillus or Aspergillus or Aspergillus or Aspergillus or Aspergillus or Aspergillus or Aspergillus or Aspergillus or Aspergillus or Aspergillus or Aspergillus , and which is used as a foliar fertilizer to promote the growth of root and leaf plants by improving cultivated soils and increasing crop yields.
  • CN 19191800 describes a nutrient for animals and plants that is prepared by diluting Saccharomyces cerevisiae yeast sludge in water until an emulsion is obtained; mixing this with papain, neutral proteinase and sodium chloride; hydrolyzing the mixture afterwards; inactivating enzymes; and finally, concentrating or drying the product obtained.
  • the final product contains a large amount of nutrients high absorption speed.
  • Document CN 191 1870 describes a plant nutrient that improves soil microorganisms, promotes plant growth, increases fertilizer utilization rates and increases plant resistance to disease and stress.
  • This nutrient comprises the yeast Saccharomyces cerevisiae, the bacteria Lactobacillus plantarum and Lactobacillus acidophilus, and other components such as potato or coffee derivatives, glucose, peptone, magnesium and manganese sulfates, dipotassium hydrogen phosphate and sodium chloride.
  • US 2002187900 describes a biological fertilizer comprising yeast cells of the genus Saccharomyces activated electromagnetically combined with purines from cattle.
  • US2002187552 discloses a biological fertilizer that also comprises electromagnetically activated Saccharomyces cells combined with bird slurry.
  • Agroindustrial activities produce a large amount, only in Spain of the order of millions of Tm / year, of agroindustrial organic by-products (SOA) resulting from activities as diverse as the wine industry, beer, meat production, flour, rice, dairy , etc.
  • SOA agroindustrial organic by-products
  • US 5,393,318 A (“A METHOD OF PRODUCING ORGANIC FERTILIZER BY USING FISH AS RAW MATERIAL”; 02/28/1995) refers to a method of producing organic fertilizer by using fish as raw material. The method comprises several stages: fish cooking and subsequent removal of solids and fats to obtain a stock solution, which will be subjected to enzymatic hydrolysis, giving a clarified liquid that can be used as fertilizer.
  • WO 2006/082264 (“METHOD OF OBTAINING BIOSTIMULANTS FROM AGRO-INDUSTRIAL RESIDUES"; 08/08/2006) refers to a method of obtaining plant biostimulants from agroindustrial residues such as wastes from the carob industry or those of the bioalcohol industry from corn seeds, for example. The method contemplates a first fermentative stage in which the secretory microorganisms of hydrolytic enzymes are produced, where the culture medium is the residue; and a second phase in which these waste fermentation broths are used as hydrolytic instruments to treat more of the same waste.
  • document US 2007/0039362 A1 (“PROGRESSIVE DIGESTION PROCESS FOR PRODUCING FERTILIZER”; 02/22/2007) shows a process of progressive enzymatic digestion for the production of fertilizers from a mixture of products rich in organic matter such as manure, food waste from the food industry or landfill, vegetable processing remains or grass clippings.
  • This progressive digestion consists of two first mesophilic episodes and a third thermophile, with solids separation.
  • WO 2010/1 14203 (“METHOD FOR MANUFACTURING AMINO ACID LIQUID FERTILIZER USING LIVESTOCK BLOOD AND AMINO ACID LIQUID FERTILIZER MANUFACTURED THEREBY"; 07/10/2010) describes a method of producing a liquid amino acid fertilizer by enzymatic hydrolysis cattle.
  • Celus et al. CELUS, I. et al. "ENZYMATIC HYDROLYSIS OF BREWER'S SPENT GRAIN PROTEINS AND TECHNOFUNCTIONAL
  • PROPERTIES OF THE RESULTING Hydrolysates ", J. Agric. Food Chem., Sept. 2007, Vol. 55 n and 21, pages 8703-8710) describes the enzymatic hydrolysis of proteins or brewery spent grain bagasse of (BSG), which It is the insoluble residue of barley malt resulting from the manufacture of the must prior to the alcoholic fermentation of the beer for brewing, and which constitutes the main by-product of the beer industry.
  • BSG brewery spent grain bagasse of
  • the resulting hydrolysates, for their good foaming properties and emulsifiers are used in the food and beverage industry, and also in document ES 2329750 A1 ("PROCEDURE FOR
  • OBTAINING A FERTILIZING PRODUCT FROM WASTE MANUFACTURING WASTE ", HEINEKEN ESPA ⁇ A SA, 1/30 1/2009) describes a process in several stages of manufacturing a fertilizer from waste from the manufacture of the beer tastes the alcoholic fermentation of the must. This process is a multistage process with phase separation in which the residues are alkalized, are subjected to separation to obtain a liquid phase, which is subsequently subjected to an acid treatment and from which it separates, in turn, a solid phase that, finally, undergoes enzymatic hydrolysis or acid hydrolysis.
  • This procedure however, has the drawbacks if it is complex and expensive and, in addition, it can produce acid waste.
  • the fertilizer product obtained has a low yield and can contain a large amount of substances not absorbable by plants and potentially toxic. There continues to exist in the state of the art, therefore, the need to take advantage of the residues of the beer industry obtained after the alcoholic fermentation of the must in a simpler and more profitable way.
  • the present inventors have discovered that the physical treatment of all the starting residues without phase separation at a higher atmospheric pressure and at an elevated temperature, once treated with a concentrated base and before subjecting them to enzymatic hydrolysis allows obtaining , in a simpler, less expensive and less polluting way, enzymatic organic extracts containing practically all the hydrolyzed protein in the form of free amino acids, oligopeptides and other peptides of greater molecular weight and, in addition, practically all the nutrients of the starting residue.
  • These extracts therefore, have a greater biofertilizer and biostimulant capacity, as well as a greater capacity for bioabsorption by animals and plants. Therefore, these products are especially useful in organic farming and animal feed, as nutritional additives with high added value for livestock or aquaculture, for example.
  • the present invention is intended to provide a process for obtaining organic enzyme extracts from residues from beer manufacturing.
  • the object of the invention is to provide the organic enzymatic extracts obtainable by said process.
  • the object of the invention is to provide the use of said organic extracts in agriculture and animal feed.
  • FIGURES Figure 1 shows the block diagram of a particular embodiment of the process of the invention, in which the residues of beer brewing are subjected to alkaline treatment, followed by physical treatment and enzymatic hydrolysis. to directly obtain an enzymatic organic extract (HED-C), as well as, after additional stages of concentration and / or separation, other enzymatic organic extracts of interest (concentrated HED-C, EOED-S and concentrated EOED-S) and organic matter insoluble (MOI-D).
  • HED-C enzymatic organic extract
  • concentration of interest concentrated HED-C, EOED-S and concentrated EOED-S
  • MOI-D organic matter insoluble
  • FIG. 2 shows the block diagram of a particular embodiment of the process of the invention, in which the residues of beer brewing are separated from it and then resuspended with water before being subjected to alkaline treatment, followed by physical treatment and enzymatic hydrolysis to directly obtain an enzymatic organic extract (HEP-C), as well as, after additional stages of concentration and / or separation, other enzymatic organic extracts of interest (concentrated HEP-C, EOEP-S and concentrated EOEP-S) and insoluble organic matter (MOI-
  • Figure 4 shows the production in grams of Cherry tomato as a function of time, when a control composition and two extracts obtained by the process of the invention are applied.
  • the present invention provides a process for obtaining an organic enzyme extract from residues from beer manufacturing (hereinafter “the process of the invention”), which comprises the following steps:
  • the term "residues from the manufacture of beer” refers to the by-products obtained during the industrial brewing process. More particularly, these wastes consist of yeasts and by-products from the alcoholic fermentation of barley malt (proteins, water-soluble vitamins of the B complex, phosphates, minerals such as potassium, sulfur, magnesium, calcium or sodium, unsaturated fatty acids , lecithins, cephalins, carbohydrates such as glycogen, trehalose, glucans or mannans, ethyl alcohol, carbon dioxide, traces of esters, aldehydes, ketones and higher alcohols, etc.). These residues may be suspended in beer, as they leave the industrial plant, without the need for drying or concentration, or be in solid form once the remaining beer has been removed. The remaining beer can be separated by any conventional method such as filtration, sedimentation or centrifugation, for example.
  • the elementary composition of the waste to be treated expressed as a percentage by weight, is as follows:
  • a suitable solvent is added thereto in order to obtain a suspension that can be subjected to the process of the invention.
  • this it comprises a stage prior to step (a) in which the waste is obtained in the form of a suspension.
  • the solvent is added to the solid waste until a suspension with a dry matter concentration of 8-25% by weight, preferably 15% by weight, is obtained.
  • the solvent used to suspend solid waste is water.
  • the solvent used to suspend solid waste is a liquid solution or a suspension with organic matter from any agri-food industry that has a dry matter content of less than 10% by weight, preferably 4-8% by weight.
  • the solvent used to suspend solid waste is whey from cheese making.
  • the solvent used to suspend the solid residues is whey from the production of cheeses with a dry matter content of less than 10% by weight, preferably 4-8% by weight.
  • the expression “in a single container” ⁇ one-pot) refers to the fact that the process is carried out without intermediate stages of separation so that the use of the starting residues is total, is that is, the nitrogen and mass yield is 100%.
  • biofertilizers and biostimulants refers to compounds with the capacity to stimulate the growth and development of plants and crops, as well as to increase and enhance the microbiological activity of the soil.
  • the base of step (a) is selected from ammonium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide.
  • the base is ammonium hydroxide.
  • the base is potassium hydroxide.
  • Said base is used in concentrated form so as not to increase Too much the volume of reaction which would make energy costs more expensive when heating, concentrating, etc., as well as equipment costs. Said concentration will be selected by the expert based on the pH range that he wishes to obtain in order to carry out the subsequent enzymatic hydrolysis. In a more preferred embodiment, 28% by weight ammonium hydroxide is used. In another more preferred embodiment 10 M potassium hydroxide is used.
  • the mixture is physically treated at a pressure higher than atmospheric pressure and at an elevated temperature.
  • step (b) a pressure of 102-141 kPa is applied at an elevated temperature.
  • step (b) a pressure of 105-120 kPa is applied at an elevated temperature.
  • step (b) a pressure of 1,15 kPa is applied at an elevated temperature.
  • step (b) a pressure greater than atmospheric pressure is applied at a temperature of 90-140 e C. In a preferred embodiment, in step (b) it is applied a pressure greater than atmospheric pressure at a temperature of 100-130 e C. In a more preferred embodiment, in step (b) a pressure greater than atmospheric pressure is applied at a temperature of 120 e C. In another particular embodiment of the process of the invention, in the step
  • step (b) a pressure of 102-141 kPa is applied at a temperature of 90-140 e C. In a preferred embodiment, in step (b) a pressure of 105-120 kPa is applied at a temperature of 100-130 e C. In a more preferred embodiment, in step (b) a pressure of 1 15 kPa is applied at a temperature of 120 e C.
  • This physical treatment will be carried out in any suitable device selected by the expert, such as an autoclave, for example.
  • the enzymatic treatment After the physical treatment of the process of the invention, the enzymatic treatment optionally, after the physical treatment and before the enzymatic treatment a concentrated base is added so that the mixture to be treated has the optimum pH value of the enzyme to be used.
  • the enzyme to be used in the enzymatic hydrolysis of step (c) is a proteolytic enzyme of microbial, plant or animal origin.
  • the enzyme to be used in the process of the invention can be an alkaline protease such as subtilisin, a neutral protease produced by Bacillus sp., Trypsin or chymotrypsin, for example.
  • the enzyme employed in step (c) is an alkaline protease.
  • the enzyme used in step (c) is subtilisin.
  • the enzymatic hydrolysis of step (c) is carried out using a concentration of 0.05% -0.5% by volume of an enzyme stock solution with an activity of 70,000 units ( azocasein test). In a preferred embodiment, the enzymatic hydrolysis of step (c) is carried out using a concentration of 0.3% by volume of said stock solution.
  • the conditions of pressure, temperature, pH and time of enzymatic hydrolysis will be those in which the maximum activity of the enzyme is achieved.
  • the enzymatic hydrolysis of step (c) is carried out at a temperature of 40-70 e C and a pH of 8-1 1 for a time of 2-48 h.
  • the enzymatic hydrolysis of step (c) is carried out at a temperature of 55 e C and a pH of 9.2 for a time of 24 h.
  • the pH value is kept constant by the addition of a base, such as, for example, ammonium hydroxide or potassium hydroxide.
  • Enzymatic treatment can be performed on any suitable device. selected by the expert, such as a reactor with temperature control and stirring, for example
  • organic enzyme extract of the invention contains practically all the hydrolyzed starting protein, that is, more than 90% by weight, in the form of free amino acids, oligopeptides and other peptides of greater molecular weight and, also, practically all the nutrients of the starting residue and, where appropriate, the nutrients of the liquid solution or suspension of organic matter of the agri-food industry used in the suspension of solid waste without remaining beer
  • an organic enzyme extract obtained by the process of the invention described above is provided.
  • Said extract is rich in proteins, mostly in the form of high bioabsorption free peptides and amino acids (free amino acids, oligopeptides and low molecular weight peptides with a size less than 10,000 daltons, as well as carbohydrates, and is free of fats and cholesterol
  • Its nutritional chemical composition in dry weight is as follows:
  • the amino acids, oligopeptides and peptides of low molecular weight that constitute it are nutritious substances of easy absorption and assimilation for plants, both by foliar and root, transporting to the organs of the plant such as buds, flowers or fruits, for example (Gjalakshimi et al., 2004; Bioresource Technlogy (92): 291-296; Parrado et al., 2008 Bioresource Technology 99 (2008) 2312-2318). There they can be used for the plant to make its own proteins, saving a series of energy-consuming metabolic processes (Higgings, CF, Payne, JW, 1982. Plant peptides. In: Boulder, D., Parthier, B., (Eds ). Encyclopedia of Plant Physiology, 14A.
  • microfauna be absorbed and used by plants, existing in The edaphological environment is able to use them as a nitrogen source, essential for their growth and activity.
  • This nitrogen is a fundamental element, since it is a basic constituent of proteins, nucleic acids, chlorophylls, etc. and, therefore, allows the development of the metabolic activity of plants and microorganisms.
  • amino acids, oligopeptides and low molecular weight peptides are also easily absorbable and assimilable by animals when they are incorporated into their diet.
  • the organic enzyme extract of the invention can be used as such in agricultural and livestock applications, for example.
  • the organic enzyme extract of the invention can be used as a biostimulant and biofertilizer in organic farming given its special composition of free amino acids, oligopeptides and low molecular weight peptides. It can also be used as a nutritional additive of high added value for animal feed, more particularly, in animal feed for livestock (bovine, sheep, goats, etc.) or aquaculture, or for domestic or companion animals, for example.
  • the method of applying the organic enzyme extract of the invention to an agricultural crop can be carried out by any conventional technique such as, for example, direct application in the soil, or by foliar route or by fertirrigation.
  • the organic enzyme extract of the invention may alternatively be subjected to subsequent stages of concentration and / or separation for stabilization.
  • the process of the invention comprises a stage after step (c) in which the organic enzyme extract obtained after said step (c) is subjected to concentration to obtain a concentrated organic enzyme extract, hereinafter "extract concentrated organic enzyme of the invention.
  • the concentrated organic enzyme extract of the invention has the less than 40% by weight of dry matter, preferably at least 50% by weight of dry matter and, more preferably, 50-55% by weight of dry matter.
  • This concentration can be carried out by any conventional method of the prior art, such as, for example, by heating and using a rotary evaporator with thermostated bath or a reverse osmosis system, for example, or another suitable device.
  • the process of the invention comprises a stage after step (c) in which the organic enzyme extract obtained after said step (c) is subjected to separation to obtain: (i) a soluble organic enzyme extract, hereinafter “soluble organic enzyme extract of the invention”, and (ii) a solid phase, hereinafter “insoluble organic matter of the invention”.
  • This separation can be carried out by any conventional method of the prior art, such as, for example, by filtration or centrifugation using a decanter or other suitable industrial device, for example.
  • the soluble organic enzyme extract of the invention contains virtually all of the hydrolyzed starting protein, that is, more than 90% by weight, and therefore has a composition that also makes it suitable for use in agricultural and livestock applications. More particularly, it can be used as a biostimulant and biofertilizer in organic farming given its special composition of free amino acids, oligopeptides and low molecular weight peptides. It can also be used as a nutritional additive of high added value for animal feed, more particularly, in animal feed for livestock (bovine, sheep, goats, etc.) or aquaculture, or for domestic or companion animals, for example.
  • the insoluble organic matter of the invention in turn, can be subjected to a final drying process to obtain a solid by-product in the form of a paste with a moisture content of 10-15% by weight. Said drying can be carried out by any conventional method, such as the use of circulating air drying ovens, for example.
  • the insoluble organic matter of the invention, concentrated or unconcentrated can also be used as a nutritional additive of high added value for animal feed, more particularly, in animal feed in livestock (bovine, sheep, goats, etc.) or aquaculture, or for pets or pets, for example.
  • the soluble organic enzyme extract of the invention can subsequently be subjected to concentration.
  • the process of the invention comprises a stage after step (c) in which the organic enzyme extract obtained after said step (c) is subjected to separation followed by a concentration step of the organic enzyme extract soluble obtained to obtain a concentrated soluble organic enzyme extract, hereinafter "concentrated soluble organic enzyme extract of the invention".
  • the concentrated soluble organic enzyme extract of the invention has at least 40% by weight dry matter, preferably at least 50% by weight dry matter and, more preferably, 50-55% by weight dry matter.
  • This concentration can be carried out by any conventional method of the prior art, such as, for example, by heating and vacuum using a rotary evaporator with thermostated bath or a reverse osmosis system, for example, or another suitable device.
  • the concentrated organic enzyme extract of the invention and the concentrated soluble organic enzyme extract of the invention are extracts with a composition that also makes them suitable for use in agricultural and livestock applications. More particularly, they can be used as biostimulants and biofertilizers in organic farming given their special composition of free amino acids, oligopeptides and low molecular weight peptides. They can also be used as a nutritional additive of high added value for animal feed, more particularly, in animal feed in livestock (bovine, sheep, goats, etc.) or aquaculture, or for domestic or companion animals, for example.
  • the resulting liquid organic enzyme extract (HED-C) was collected at 24 hours, its composition being as follows:
  • a graph with the peptide profile of the EOED-S extract is shown in Figure 3, in which peptides with a size less than 300 Da correspond to free amino acids and small peptides.
  • concentration of the EOED-S was then carried out, leaving 50.5 ml of a concentrated soluble organic enzyme extract (concentrated EOED-S) in the form of a syrup with 77.4% by weight of organic matter.
  • concentration EOED-S concentrated soluble organic enzyme extract
  • the MOI-D was dried at 90 e C to contain 25 g with 10-15% by weight moisture.
  • FIG. 2 The block diagram of this particular embodiment of the process of the invention is shown in Figure 2, in which it is based on a residue in the form of a suspension in water which, in turn, has been obtained from the beer residue in the form of a suspension. in beer from which the remaining beer has been removed and to which water has subsequently been added.
  • This solution was subjected to a physical process at a pressure of 1 15 kPa and at a temperature of 120 e C for 20 minutes in an autoclave.
  • the solution thus obtained was adjusted to a pH of 9.2 with 10 M potash.
  • the concentration was then carried out up to 10 times by volume of the EOEP-S (containing approximately 60% by weight of dry matter).
  • the MOI-P was dried at 90 C and to contain 10-15% by weight moisture, yielding 16.75 g of the same.
  • Example 2 Two of the extracts obtained in Example 1 (HED-C and EOED-S) were tested in the production of Cherry tomatoes in the greenhouse (controlled humidity and temperature conditions). The control was treated exclusively with water, using blond peat as support. The groups tested were defined by trays with 5 pots each, and a different product was applied to each tray. The treatments began after the germination of the plants and their transplantation to the pot. The doses used were 1.3 grams of HED-C / liter of irrigation water and 0.939 grams of EOED-S / liter of irrigation water, depending on the nitrogen content.
  • Table 13 shows the data of the grams of Cherry tomato produced per plant.

Abstract

La invención define un procedimiento para obtener un extracto enzimático orgánico a partir de residuos procedentes de la fabricación de la cerveza que se efectúa en un solo recipiente y que comprende las etapas de: (a) añadir a los residuos en forma de suspensión una base concentrada para ajustar el p H de los mismos; (b) someter la mezcla obtenida en (a) a una presión superior a la presión atmosférica y a una temperatura elevada; y (c) someter la mezcla obtenida en (b) a una hidrólisis enzimática para obtener un extracto enzimático orgánico. Dicho procedimiento permite obtener extractos con gran capacidad biofertilizante y bioestimulante y gran capacidad de bioabsorción por animales y plantas, por lo que son especialmente útiles en agricultura ecológica y en alimentación animal.

Description

PROCEDIMIENTO PARA OBTENER BIOFERTILIZANTES Y
BIOESTIMULANTES PARA AGRICULTURA Y ALIMENTACIÓN ANIMAL
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere al campo de la química aplicada a la agricultura, más concretamente a la nutrición vegetal orgánica, y a la alimentación animal. En particular, la invención se refiere a un procedimiento para obtener extractos enzimáticos orgánicos a partir de residuos de la industria cervecera que pueden emplearse como bioestimulantes y biofertilizantes en agricultura, particularmente agricultura ecológica, y como suplementos proteicos en alimentación animal.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Como es bien conocido en el estado de la técnica, un fertilizante es una sustancia orgánica o inorgánica, natural o sintética, que se emplea para enriquecer el suelo y aportar a las plantas uno o varios de los elementos nutritivos indispensables para su desarrollo vegetativo normal.
Además de ser una fuente completa de nutrientes para las plantas, los fertilizantes orgánicos aportan materia orgánica al suelo que, para suelos arenosos o con arcillas de baja actividad, por ejemplo, representa una mejora en las propiedades físicas, químicas y biológicas, por su efecto acondicionador. Dichos fertilizantes pueden contener micronutrientes y microorganismos beneficiosos tales como levaduras, bacteria u hongos. Así, por ejemplo, Kobayashi y col. han estudiado el efecto de un extracto de levadura Saccharomyces cerevisiae combinado con un fertilizante inorgánico sobre el crecimiento de plantas de guisante ("Effect of yeast extracts on higher plants" Plant and Soil (1980), 57(1 ), 41 -7; "Effect of addition of the materials autolyzed from yeast cells on plant growth" Kankyo Kagaku Sogo Kenkyusho Nenpo (1980), 7, 87- 90).
Igualmente, Kudryasheva y col. ("Amino acids and their utilization, Pishchevaya Promyshlennost (Moscow, Russian Federation) (1992), (4), 13-14) han efectuado un estudio sobre el uso de aminoácidos procedentes de diferentes cepas de levadura, particularmente, la levadura del pan Saccharomyces cerevisiae, en fertilizantes, aditivos alimentarios, etc.
En el documento HU 9902060 se describe una composición acuosa fertilizante para las hojas y las raíces de las plantas que contiene la levadura Saccharomyces, además de elementos traza, agentes acomplejantes, agentes tamponantes y otra serie de nutrientes tales como aminoácidos, ácidos húmicos, enzimas, azúcares, etc.
Más recientemente, en el documento CN 1966663 ("COMPOSITE MICROORGANISM FOLIAGE FERTILIZER BACTERIA AGENT AND ITS PRODUCING METHOD AND USE", 23/05/2007) se describe un agente microbiano que se compone de Saccharomyces cerevisiae, Lactobacillus plantarum, Mucor racemosus y Aspergillus oryzae, y que se usa como fertilizante foliar para promover el crecimiento de las plantas de raíz y hojas al mejorar los suelos cultivados y aumentar el rendimiento de los cultivos.
Asimismo, el documento CN 19191800 describe un nutriente para animales y plantas que se prepara diluyendo lodos de levadura Saccharomyces cerevisiae en agua hasta obtener una emulsión; mezclando ésta con papaína, proteinasa neutra y cloruro sódico; hidrolizando la mezcla después; inactivando las enzimas; y finalmente, concentrando o secando el producto obtenido. El producto final contiene una gran cantidad de nutrientes alta velocidad de absorción.
El documento CN 191 1870 describe un nutriente para plantas que mejora los microorganismos del suelo, promueve el crecimiento de las plantas, aumenta la tasa de utilización de fertilizantes y aumenta le resistencia de las plantas a las enfermedades y al estrés. Este nutriente comprende la levadura Saccharomyces cerevisiae, las bacterias Lactobacillus plantarum y Lactobacillus acidophilus, y otros componentes tales como derivados de la patata o del café, glucosa, peptona, sulfatos de magnesio y manganeso, fosfato de hidrógeno dipotásico y cloruro sódico.
En el documento US 2003022357 se describe un fertilizante biológico a base de células de levaduras del género Saccharomyces y lodos procedentes de plantas de almacenamiento o tratamiento de aguas residuales, en cuya fabricación las células de levadura se activan mediante la aplicación de un campo magnético.
Asimismo el documento US 2002187900 describe un fertilizante biológico que comprende células de levadura del género Saccharomyces activadas electromagnéticamente combinadas con purines de ganado vacuno. Análogamente, el documento US2002187552 divulga un fertilizante biológico que también comprende células de Saccharomyces activadas electromagnéticamente combinadas con purines de ave.
Mediante tecnología enzimática se han obtenido fertilizantes utilizando otros residuos orgánicos tales como los residuos vegetales provenientes de parques y jardines, residuos animales, residuos agroindustriales y residuos sólidos domiciliarios.
Las actividades agroindustriales producen una gran cantidad, sólo en España del orden de millones de Tm/año, de subproductos orgánicos agroindustriales (SOA) resultantes de actividades tan diversas del sector como la actividad vitivinícola, cervecera, la producción cárnica, harinera, arrocera, láctea, etc. La generación de grandes cantidades de subproductos es uno de los principales problemas que se crean, debido a su acumulación en el medio, y hoy en día existe una gran presión política y social para reducir la contaminación.
A pesar de su diverso origen, todos estos subproductos agroindustriales se caracterizan por su elevado contenido en materia orgánica, siendo especialmente muy ricos en proteínas. Esto determina que sean considerados los reservorios de proteínas con mayor potencial de aplicación en la industria alimentaria, en la farmacéutica y también en la industria agroquímica (orgánica), que los utiliza para la obtención de productos nutricionales destinados a las plantas, así como también al suelo (fuente de nitrógeno).
Con el objeto de mejorar las propiedades de las proteínas y lograr así un mayor aprovechamiento, en los últimos años se han desarrollado y optimizado los procesos de extracción de proteínas, como es el caso de los procesos de hidrólisis, que logran mejorar su calidad funcional.
Así, el documento US 5,393,318 A ("A METHOD OF PRODUCING ORGANIC FERTILIZER BY USING FISH AS RAW MATERIAL"; 28/02/1995) se refiere a un método para producir abono orgánico mediante el uso de pescado como materia prima. El método comprende varias etapas: cocción del pescado y posterior eliminación de los sólidos y grasas para obtener una solución madre, que será sometida a hidrólisis enzimática, dando un líquido clarificado que puede utilizarse como fertilizante.
En el documento US 20020129631 A1 ("METHOD FOR THE PREPARATION OF A PROTEIN HYDROLYZATE USABLE AS A FERTILIZER"; 07/03/2002) se expone un método para la consecución de un hidrolizado proteico útil como fertilizante a partir de la cocción y prensado de residuos de carnicería aplicando dos hidrólisis enzimáticas.
El documento WO 2006/082264 ("METHOD OF OBTAINING BIOSTIMULANTS FROM AGRO-INDUSTRIAL RESIDUES"; 10/08/2006) se refiere a un método de obtención de bioestimulantes vegetales a partir de residuos agroindustriales tales como los residuos de la industria de la algarroba o los de la industria del bioalcohol procedentes de semillas de maíz, por ejemplo. El método contempla una primera etapa fermentativa en la que se producen los microorganismos secretores de enzimas hidrolíticas, donde el medio de cultivo es el residuo; y una segunda fase en la que estos caldos de fermentación de los residuos se utilizan como instrumentos hidrolíticos para tratar más de los mismos residuos.
Asimismo, el documento US 2007/0039362 A1 ("PROGRESSIVE DIGESTION PROCESS FOR PRODUCING FERTILIZER"; 22/02/2007) muestra un proceso de digestión enzimática progresiva para la producción de fertilizantes a partir de una mezcla de productos ricos en materia orgánica tales como estiércol, residuos alimentarios procedentes de la industria alimentaria o de vertederos, restos del procesado de verduras o recortes de césped. Esta digestión progresiva consta de dos primeros episodios mesófilos y un tercero termófilo, con separación de sólidos. También en el documento US 2008/0302151 A1 ("SOLUBLE LIQUID FERTILIZER FOR ORGANIC AGRICULTURE DERIVED FROM SOY MEAL"; 1 1/12/2008) se expone un proceso de fabricación de un fertilizante orgánico mediante hidrólisis enzimática de harina de soja, con eliminación de los insolubles resultantes de dicha hidrólisis.
La patente WO 2010/1 14203 ("METHOD FOR MANUFACTURING AMINO ACID LIQUID FERTILIZER USING LIVESTOCK BLOOD AND AMINO ACID LIQUID FERTILIZER MANUFACTURED THEREBY"; 07/10/2010) describe un método de producción de un fertilizante aminoacídico líquido por hidrólisis enzimática de la sangre de ganado.
Por otro lado, Celus et al. (CELUS, I. et al. "ENZYMATIC HYDROLYSIS OF BREWER'S SPENT GRAIN PROTEINS AND TECHNOFUNCTIONAL
PROPERTIES OF THE RESULTING HYDROLYSATES", J. Agrie. Food Chem., Sept. 2007, Vol. 55 ne 21 , páginas 8703-8710) describen la hidrólisis enzimática de las proteínas del grano agotado de cervecería o bagazo (BSG), que es el residuo insoluble de la malta de cebada resultante de la fabricación del mosto previamente a la fermentación alcohólica del mismo para la elaboración de la cerveza, y que constituye el principal subproducto de la industria cervecera. Los hidrolizados resultantes, por sus buenas propiedades espumantes y emulsionantes, se emplean en la industria alimentaria y de bebidas. Asimismo, en el documento ES 2329750 A1 ("PROCEDIMIENTO PARA
OBTENER UN PRODUCTO FERTILIZANTE A PARTIR DE LOS RESIDUOS DE LA FABRICACIÓN DE LA CERVEZA", HEINEKEN ESPAÑA SA, 30/1 1 /2009) se describe un proceso en varias etapas de fabricación de un fertilizante a partir de residuos procedentes de la fabricación de la cerveza tas la fermentación alcohólica del mosto. Dicho proceso es un proceso multietapa con separación de fases en el que los residuos se alcalinizan, se someten a separación para obtener una fase líquida, la cual se somete posteriormente a un tratamiento ácido y de la cual se separa, a su vez, una fase sólida que, finalmente, se somete a hidrólisis enzimática o a hidrólisis ácida. Este procedimiento, sin embargo, presenta los inconvenientes de ser complejo y costoso y, además, puede producir desechos ácidos. El producto fertilizante obtenido, presenta un bajo rendimiento y puede contener una gran cantidad de sustancias no absorbibles por las plantas y potencialmente tóxicas. Continúa existiendo en el estado de la técnica, por tanto, la necesidad de aprovechar los residuos de la industria cervecera obtenidos tras la fermentación alcohólica del mosto de un modo más sencillo y rentable.
Sorprendentemente, los presentes inventores han descubierto que el tratamiento físico de todos los residuos de partida sin separación de fases a una presión superior a la atmosférica y a una temperatura elevada, una vez tratados con una base concentrada y antes de someterlos a la hidrólisis enzimática permite obtener, de un modo más sencillo, menos costoso y menos contaminante, extractos orgánicos enzimáticos que contienen prácticamente toda la proteína hidrolizada en forma de aminoácidos libres, oligopéptidos y otros péptidos de mayor peso molecular y, además, prácticamente todos los nutrientes del residuo de partida. Dichos extractos, por tanto, presentan una mayor capacidad biofertilizante y bioestimulante, así como una mayor capacidad de bioabsorcion por animales y plantas. Por todo ello, estos productos son especialmente útiles en agricultura ecológica y en alimentación animal, como aditivos nutricionales de alto valor añadido para ganado o para acuicultura, por ejemplo.
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención, por tanto, tiene por objeto proporcionar un procedimiento para obtener extractos enzimáticos orgánicos a partir de residuos procedentes de la fabricación de la cerveza.
Por otro lado la invención tiene por objeto proporcionar los extractos enzimáticos orgánicos obtenibles por dicho procedimiento.
Finalmente, la invención tiene por objeto proporcionar el uso de dichos extractos orgánicos en agricultura y alimentación animal.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 muestra el diagrama en bloques de una realización particular del procedimiento de la invención, en la que los residuos de la fabricación de la cerveza en forma de suspensión en cerveza se someten a tratamiento alcalino, seguido de un tratamiento físico y una hidrólisis enzimática para obtener directamente un extracto orgánico enzimático (HED-C), así como, tras etapas adicionales de concentración y/o separación, otros extractos orgánicos enzimáticos de interés (HED-C concentrado, EOED-S y EOED-S concentrado) y materia orgánica insoluble (MOI-D).
La figura 2 muestra el diagrama en bloques de una realización particular del procedimiento de la invención, en la que los residuos de la fabricación de la cerveza en forma de suspensión en cerveza se separan de la misma y se resuspenden luego con agua antes de someterlos a tratamiento alcalino, seguido de un tratamiento físico y una hidrólisis enzimática para obtener directamente un extracto orgánico enzimático (HEP-C), así como, tras etapas adicionales de concentración y/o separación, otros extractos orgánicos enzimáticos de interés (HEP-C concentrado, EOEP-S y EOEP-S concentrado) y materia orgánica insoluble (MOI-
P)- La figura 3 muestra el perfil peptídico de uno de los extractos obtenidos mediante el procedimiento de la invención.
La figura 4 muestra la producción en gramos de tomate Cherry en función del tiempo, cuando se aplican una composición control y dos extractos obtenidos mediante el procedimiento de la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona un procedimiento para obtener un extracto enzimático orgánico a partir de residuos procedentes de la fabricación de la cerveza (en adelante "el procedimiento de la invención"), que comprende las siguientes etapas:
(a) añadir a los residuos en forma de suspensión una base concentrada para ajustar el pH de los mismos;
(b) someter la mezcla obtenida en (a) a una presión superior a la presión atmosférica y a una temperatura elevada; y
(c) someter la mezcla obtenida en (b) a una hidrólisis enzimática para obtener un extracto enzimático orgánico;
y que se efectúa en un solo recipiente.
En el contexto de la invención la expresión "residuos procedentes de la fabricación de la cerveza" se refiere a los subproductos obtenidos durante el proceso de obtención industrial de la cerveza. Más en particular estos residuos están constituidos por levaduras y sub-productos procedentes de la fermentación alcohólica de la malta de cebada (proteínas, vitaminas hidrosolubles del complejo B, fosfatos, minerales tales como potasio, azufre, magnesio, calcio o sodio, ácidos grasos insaturados, lecitinas, cefalinas, carbohidratos tales como glucógeno, trealosa, glucanos o mananos, alcohol etílico, dióxido de carbono, trazas de ásteres, aldehidos, cetonas y alcoholes superiores, etc.). Estos residuos pueden estar suspendidos en cerveza, tal y como salen de la planta industrial, sin necesidad de secado ni concentración, o bien encontrarse en forma sólida una vez que se ha eliminado la cerveza remanente. La cerveza remanente puede separarse mediante cualquier método convencional tal como filtración, sedimentación o centrifugación, por ejemplo.
En una realización particular del procedimiento de la invención, la composición elemental de los residuos a tratar, expresada en porcentaje en peso, es la siguiente:
Figure imgf000009_0001
En el caso de partir de residuos sólidos sin cerveza remanente, se añade a los mismos un disolvente adecuado a fin de obtener una suspensión que pueda someterse al procedimiento de la invención.
Así, en una realización particular del procedimiento de la invención, este comprende una etapa previa a la etapa (a) en la que se obtienen los residuos en forma de suspensión. En una realización preferida, en esta etapa previa el disolvente se añade a los residuos sólidos hasta obtener una suspensión con una concentración de materia seca de un 8-25% en peso, preferiblemente de un 15% en peso.
En otra realización preferida, el disolvente empleado para suspender los residuos sólidos es agua. En otra realización preferida, el disolvente empleado para suspender los residuos sólidos es una solución líquida o una suspensión con materia orgánica procedente de cualquier industria agroalimentaria que tenga un contenido en materia seca inferior al 10% en peso, preferiblemente del 4-8% en peso. En una realización más preferida, el disolvente empleado para suspender los residuos sólidos es suero procedente de la elaboración de quesos. En una realización aún más preferida, el disolvente empleado para suspender los residuos sólidos es suero procedente de la elaboración de quesos con un contenido en materia seca inferior al 10% en peso, preferiblemente del 4-8% en peso.
Por otro lado, en el contexto de la invención la expresión "en un solo recipiente" {one-pot) se refiere a que el procedimiento se efectúa sin etapas intermedias de separación de modo que el aprovechamiento de los residuos de partida es total, es decir, el rendimiento en nitrógeno y de masas es del 100%.
Asimismo, en el contexto de la invención la expresión "biofertilizantes y bioestimulantes" se refiere a compuestos con capacidad de estimular el crecimiento y el desarrollo de plantas y cultivos, así como de incrementar y potenciar la actividad microbiológica del suelo.
Los residuos en forma de suspensión se someten al tratamiento alcalino de la etapa (a) del procedimiento de la invención, para lo cual se emplea una base adecuada seleccionada por el experto. Así, en una realización particular del procedimiento de la invención, la base de la etapa (a) se selecciona de entre hidróxido amónico, hidróxido potásico e hidróxido cálcico. En una realización preferida, la base es hidróxido amónico. En otra realización preferida, la base es hidróxido potásico. Dicha base se usa en forma concentrada para no aumentar demasiado el volumen de reacción lo que encarecería los costes de energía al calentar, concentrar, etc., así como los costes de equipamiento. Dicha concentración será seleccionada por el experto en función del rango de pH que desee obtener para llevar a cabo la hidrólisis enzimática posterior. En una realización más preferida se usa hidróxido amónico al 28% en peso. En otra realización más preferida se usa hidróxido potásico 10 M.
Tras el tratamiento alcalino de los residuos en forma de suspensión, se procede al tratamiento físico de la mezcla a una presión superior a la presión atmosférica y a una temperatura elevada.
Así, en una realización particular del procedimiento de la invención, en la etapa (b) se aplica una presión de 102-141 kPa a una temperatura elevada. En una realización preferida, en la etapa (b) se aplica una presión de 105-120 kPa a una temperatura elevada. En una realización más preferida, en la etapa (b) se aplica una presión de 1 15 kPa a una temperatura elevada.
Así, en una realización particular del procedimiento de la invención, en la etapa (b) se aplica una presión superior a la presión atmosférica a una temperatura de 90-140 eC. En una realización preferida, en la etapa (b) se aplica una presión superior a la presión atmosférica a una temperatura de 100-130 eC. En una realización más preferida, en la etapa (b) se aplica una presión superior a la presión atmosférica a una temperatura de 120 eC. En otra realización particular del procedimiento de la invención, en la etapa
(b) se aplica una presión de 102-141 kPa a una temperatura de 90-140 eC. En una realización preferida, en la etapa (b) se aplica una presión de 105-120 kPa a una temperatura de 100-130 eC. En una realización más preferida, en la etapa (b) se aplica una presión de 1 15 kPa a una temperatura de 120 eC.
Este tratamiento físico se efectuará en cualquier dispositivo adecuado seleccionado por el experto, tal como un autoclave, por ejemplo.
Tras el tratamiento físico del procedimiento de la invención, se procede al tratamiento enzimático. Opcionalmente, tras el tratamiento físico y antes del tratamiento enzimático se añade una base concentrada para que la mezcla a tratar tenga el valor de pH óptimo de la enzima a usar.
La enzima a emplear en la hidrólisis enzimática de la etapa (c) es una enzima proteolítica de origen microbiano, vegetal o animal. Así, la enzima a emplear en el procedimiento de la invención puede ser una proteasa alcalina tal como la subtilisina, una proteasa neutra producida por Bacillus sp., tripsina o quimotripsina, por ejemplo.
Así, en una realización particular del procedimiento de la invención, la enzima empleada en la etapa (c) es una proteasa alcalina. En una realización preferida, la enzima empleada en la etapa (c) es subtilisina.
En otra realización particular del procedimiento de la invención, la hidrólisis enzimática de la etapa (c) se efectúa empleando una concentración de un 0,05%- 0,5% en volumen de una solución stock de enzima con una actividad de 70.000 unidades (ensayo de azocaseína). En una realización preferida, la hidrólisis enzimática de la etapa (c) se efectúa empleando una concentración de un 0,3% en volumen de dicha solución stock.
Por otro lado, las condiciones de presión, temperatura, pH y tiempo de la hidrólisis enzimática serán aquellas en las que se consiga la máxima actividad de la enzima. Así pues, en otra realización particular del procedimiento de la invención, la hidrólisis enzimática de la etapa (c) se efectúa a una temperatura de 40-70 eC y a un pH de 8-1 1 durante un tiempo de 2-48 h. En una realización preferida, la hidrólisis enzimática de la etapa (c) se efectúa a una temperatura de 55 eC y a un pH de 9,2 durante un tiempo de 24 h.
En una realización particular del procedimiento de la invención, durante la hidrólisis enzimática se mantiene constante el valor de pH mediante la adición de una base, tal como, por ejemplo, hidróxido amónico o hidróxido potásico.
El tratamiento enzimático puede efectuarse en cualquier dispositivo adecuado seleccionado por el experto, tal como un reactor con control de temperatura y agitación, por ejemplo
Tras esta hidrólisis enzimática final se obtiene un extracto enzimático orgánico, en adelante "extracto enzimático orgánico de la invención", que contiene prácticamente toda la proteína de partida hidrolizada, es decir, más de un 90% en peso, en forma de aminoácidos libres, oligopéptidos y otros péptidos de mayor peso molecular y, también, prácticamente todos los nutrientes del residuo de partida y, en su caso, los nutrientes de la solución líquida o suspensión de materia orgánica de la industria agroalimentaria empleada en la suspensión de los residuos sólidos sin cerveza remanente.
Así, en otro aspecto de la invención se proporciona un extracto enzimático orgánico obtenido mediante el procedimiento de la invención descrito con anterioridad. Dicho extracto es rico en proteínas, la mayoría en forma de péptidos y aminoácidos libres de alta bioabsorción (aminoácidos libres, oligopéptidos y péptidos de bajo peso molecular con un tamaño inferior a 10.000 daltons, así como en carbohidratos, y está exento de grasas y colesterol. Su composición química nutricional en peso seco es la siguiente:
Proteínas 45-55%
Carbohidratos 40-45%
Cenizas Resto
Los aminoácidos, oligopéptidos y péptidos de bajo peso molecular que lo constituyen son sustancias nutritivas de fácil absorción y asimilación para las plantas, tanto por vía foliar como radicular, transportándose a los órganos del vegetal tales como brotes, flores o frutos, por ejemplo (Gjalakshimi y col., 2004; Bioresource Technlogy (92):291 -296; Parrado y col., 2008 Bioresource Technology 99 (2008) 2312-2318). Allí pueden ser empleados para que la planta elabore sus propias proteínas, ahorrándose una serie de procesos metabólicos consumidores de energía (Higgings, C.F., Payne, J.W., 1982. Plant peptides. In: Boulder, D., Parthier, B.,(Eds). Encyclopedia of Plant Physiology, 14A. Springer. 438-458). Y no sólo pueden ser absorbidos y empleados por las plantas, la microfauna existente en el medio edafológico es capaz de usarlos como fuente nitrogenada, fundamental para su crecimiento y actividad. Este nitrógeno es un elemento fundamental, ya que es un constituyente básico de las proteínas, ácidos nucleicos, clorofilas, etc. y, por tanto, permite el desarrollo de la actividad metabólica de plantas y microorganismos. Asimismo, los aminoácidos, oligopéptidos y péptidos de bajo peso molecular son también fácilmente absorbibles y asimilables por los animales cuando son incorporados a la dieta de los mismos.
Por ello, el extracto enzimático orgánico de la invención puede usarse como tal en aplicaciones agrícolas y ganaderas, por ejemplo.
Así, en otro aspecto de la invención, se proporciona el uso del extracto enzimático orgánico previamente descrito en agricultura y en alimentación animal. Más en particular, el extracto enzimático orgánico de la invención puede emplearse como bioestimulante y biofertilizante en agricultura ecológica dada su especial composición de aminoácidos libres, oligopéptidos y péptidos de bajo peso molecular. Igualmente puede emplearse como aditivo nutricional de alto valor añadido para alimentación animal, más en particular, en piensos para animales en ganadería (bovina, ovina, caprina, etc.) o acuicultura, o para animales domésticos o de compañía, por ejemplo.
El método de aplicación del extracto enzimático orgánico de la invención a un cultivo agrícola puede efectuarse mediante cualquier técnica convencional tal como, por ejemplo, aplicación directa en el suelo, o por vía foliar o por fertirrigación.
Por otro lado, el extracto enzimático orgánico de la invención puede someterse alternativamente a etapas posteriores de concentración y/o separación para su estabilización.
En una realización particular, el procedimiento de la invención comprende una etapa posterior a la etapa (c) en la que el extracto enzimático orgánico obtenido tras dicha etapa (c) se somete a concentración para obtener un extracto enzimático orgánico concentrado, en adelante "extracto enzimático orgánico concentrado de la invención". El extracto enzimático orgánico concentrado de la invención tiene al menos un 40% en peso de materia seca, preferiblemente al menos un 50% en peso de materia seca y, más preferiblemente, un 50-55% en peso de materia seca. Esta concentración puede efectuarse mediante cualquier método convencional del estado de la técnica, tal como, por ejemplo, mediante calentamiento y empleando un rotavapor con baño termostatizado o un sistema de osmosis inversa, por ejemplo, o bien otro dispositivo adecuado.
En otra realización particular, el procedimiento de la invención comprende una etapa posterior a la etapa (c) en la que el extracto enzimático orgánico obtenido tras dicha etapa (c) se somete a separación para obtener: (i) un extracto enzimático orgánico soluble, en adelante "extracto enzimático orgánico soluble de la invención", y (ii) una fase sólida, en adelante "materia orgánica insoluble de la invención". Esta separación puede efectuarse mediante cualquier método convencional del estado de la técnica, tal como, por ejemplo, mediante filtración o centrifugación empleando un decanter u otro dispositivo industrial adecuado, por ejemplo.
El extracto enzimático orgánico soluble de la invención contiene prácticamente toda la proteína de partida hidrolizada, es decir, más de un 90% en peso, y, por tanto, presenta una composición que lo hace también adecuado para su uso en aplicaciones agrícolas y ganaderas. Más en particular, puede emplearse como bioestimulante y biofertilizante en agricultura ecológica dado su especial composición de aminoácidos libres, oligopéptidos y péptidos de bajo peso molecular. Igualmente puede emplearse como aditivo nutricional de alto valor añadido para alimentación animal, más en particular, en piensos para animales en ganadería (bovina, ovina, caprina, etc.) o acuicultura, o para animales domésticos o de compañía, por ejemplo.
La materia orgánica insoluble de la invención, a su vez, puede someterse a un proceso final de secado para obtener un subproducto sólido en forma de pasta con un contenido de humedad del 10-15% en peso. Dicho secado puede efectuarse mediante cualquier método convencional, tal como el uso de hornos de secado de aire circulante, por ejemplo. La materia orgánica insoluble de la invención, concentrada o sin concentrar, puede emplearse también como aditivo nutricional de alto valor añadido para alimentación animal, más en particular, en piensos para animales en ganadería (bovina, ovina, caprina, etc.) o acuicultura, o para animales domésticos o de compañía, por ejemplo.
Opcionalmente, el extracto enzimático orgánico soluble de la invención puede someterse posteriormente a concentración. Así, en una realización preferida, el procedimiento de la invención comprende una etapa posterior a la etapa (c) en la que el extracto enzimático orgánico obtenido tras dicha etapa (c) se somete a separación seguida de una etapa de concentración del extracto enzimático orgánico soluble obtenido para obtener un extracto enzimático orgánico soluble concentrado, en adelante "extracto enzimático orgánico soluble concentrado de la invención". El extracto enzimático orgánico soluble concentrado de la invención tiene al menos un 40% en peso de materia seca, preferiblemente al menos un 50% en peso de materia seca y, más preferiblemente, un 50-55% en peso de materia seca. Esta concentración puede efectuarse mediante cualquier método convencional del estado de la técnica, tal como, por ejemplo, mediante calentamiento y vacío empleando un rotavapor con baño termostatizado o un sistema de osmosis inversa, por ejemplo, o bien otro dispositivo adecuado.
El extracto enzimático orgánico concentrado de la invención y el extracto enzimático orgánico soluble concentrado de la invención son extractos con una composición que los hace también adecuados para su uso en aplicaciones agrícolas y ganaderas. Más en particular, pueden emplearse como bioestimulantes y biofertilizantes en agricultura ecológica dado su especial composición de aminoácidos libres, oligopéptidos y péptidos de bajo peso molecular. Igualmente pueden emplearse como aditivo nutricional de alto valor añadido para alimentación animal, más en particular, en piensos para animales en ganadería (bovina, ovina, caprina, etc.) o acuicultura, o para animales domésticos o de compañía, por ejemplo.
Los siguientes ejemplos ilustran la invención y no deben ser considerados como limitativos del alcance de la misma. EJEMPLO 1
Obtención de extractos a partir de un residuo de fabricación de la cerveza en forma de suspensión en cerveza.
En la Figura 1 se muestra el diagrama en bloques de esta realización particular del procedimiento de la invención.
Se trataron 500 g de un residuo cervecero en forma de suspensión en cerveza (RFC) en un reactor de cristal abierto con NH3 al 28% hasta un pH de 9,6 con agitación (60-80 rpm). El porcentaje en materia seca del RFC era del 10,27% p/p (10,77% p/v) y la composición química del mismo era la siguiente:
Tabla 1 . Composición química elemental del RFC (% en peso)
Figure imgf000017_0001
Tras el tratamiento alcalino se procedió a un proceso físico a una presión de 1 15 kPa y a una temperatura de 120 eC durante 20 minutos en un autoclave. La solución así obtenida se ajustó a un pH de 9,2 con potasa 10 M.
Esta solución a pH 9,2 se mantuvo a 55eC en un baño termostatizado con agitación (60-80 rpm) y se le añadió un 0,3% v/v de Subtilisina (solución stock de proteasa 70.000 Unidades de actividad/Ensayo de azocaseína). El pH se mantuvo con amoniaco al 28%. Estas condiciones de hidrólisis se mantuvieron durante 24 horas.
El extracto enzimático orgánico (HED-C) líquido resultante se recogió a las 24 horas, siendo su composición la siguiente:
Tabla 2. Composición química elemental del HED-C (% en peso)
% c % N % P % K % S
42,73 7,1 1 ,27 3,88 0,34 Tabla 3. Composición química nutricional en peso seco
Figure imgf000018_0002
El rendimiento en nitrógeno y de masas de este proceso es del 100%, ya que no hay separación en fases y el aprovechamiento del RFC es total.
A continuación se concentraron 500 mi de HED-C 5 veces en un rotavapor con baño termostatizado a 70eC, obteniéndose un extracto enzimático orgánico concentrado (HED-C concentrado) en forma de sirope estable con un 50-55% en peso de materia seca.
Por otra parte, se centrifugaron 500 mi de HED-C a 4000 G durante 30 minutos. Se obtuvieron así 400 mi de un extracto enzimático orgánico soluble (EOED-S, 80% del volumen inicial) y 107,5 g de materia orgánica insoluble (MOI-
D), con contenidos en materia seca en peso del 9,77 y 20,35%, respectivamente. A continuación se muestran en la Tabla 4 las composiciones químicas de ambos productos en materia seca. El rendimiento en masa de la obtención del EOED-S es del 65%, mientras el MOI-D mantiene un 35% de la materia inicial.
Tabla 4. Composición química elemental del EOED-S y de la MOI-D (% en peso)
EOED-S
Figure imgf000018_0003
Tabla 5. Composición química nutricional en peso seco del EOED-S
Figure imgf000018_0001
Carbohidratos 39%
Cenizas 6%
Asimismo, se determinó la composición de aminoácidos del EODE-S, así como su perfil peptídico. Los resultados se muestran en las Tablas 6 y 7.
Tabla 6. Composición de aminoácidos del EOED-S (% en peso)
Figure imgf000019_0001
Tabla 7. Perfil peptídico del EOED-S (% en peso)
Figure imgf000019_0002
En la Figura 3 se muestra una gráfica con el perfil peptídico del extracto EOED-S, en el que los péptidos con un tamaño inferior a 300 Da se corresponden con aminoácidos libres y péptidos de pequeño tamaño.
A continuación se procedió a la concentración del EOED-S, quedando 50,5 mi de un extracto enzimático orgánico soluble concentrado (EOED-S concentrado) en forma de sirope con un 77,4% en peso de materia orgánica. La MOI-D se secó a 90 eC hasta contener 25 g con un 10-15% en peso de humedad. EJEMPLO 2
Obtención de extractos a partir de un residuo de fabricación de la cerveza en forma de suspensión en agua.
En la Figura 2 se muestra el diagrama en bloques de esta realización particular del procedimiento de la invención, en el que se parte de un residuo en forma de suspensión en agua que, a su vez, se ha obtenido del residuo cervecero en forma de suspensión en cerveza del que se ha eliminado la cerveza remanente y al que posteriormente se le ha adicionado agua.
Así, se trataron 500 mi de un residuo cervecero en forma de suspensión en cerveza (RFC) en una centrífuga a 4000 G durante 1 -2 horas manteniendo la temperatura en 4 eC.
Se extrajeron los 354 mi de sobrenadante obtenido (cerveza), quedando 149 g de un residuo cervecero en forma sólida (RFC-Sol), con un porcentaje de materia seca del 24,30% en peso y cuya composición se muestra en la Tabla 8:
Tabla 8. Composición química elemental del RFC-sol (% en peso)
Figure imgf000020_0001
A los 149 g del RFC-Sol se le añadieron 354 mi de agua de la red, y se homogeneizó, hasta completar el volumen inicial (500 mi). A continuación se alcalinizó con amoniaco hasta pH 9,6 con agitación.
Esta solución se sometió a un proceso físico a una presión de 1 15 kPa y a una temperatura de 120 eC durante 20 minutos en un autoclave. La solución así obtenida se ajustó a un pH de 9,2 con potasa 10 M.
Esta solución a pH 9,2 se introdujo en un reactor abierto y se mantuvo a 55 eC en un baño termostatizado con agitación (60-80 rpm) y se le añadió un 0,3% v/v de Subtilisina (solución stock de proteasa 70.000 Unidades de actividad/Ensayo de azocaseína). El pH se mantuvo con amoniaco al 28%. Estas condiciones de hidrólisis se mantuvieron durante 24 horas. Se recogió el extracto enzimático orgánico (HEP-C) resultante siendo su composición la siguiente:
Tabla 9. Composición química elemental del HEP-C (% en peso)
Figure imgf000021_0001
Tabla I Q.Composición química nutricional en peso seco
Figure imgf000021_0002
El rendimiento en nitrógeno y de masas de este proceso es del 100%, ya que no hay separación en fases y el aprovechamiento del RFC-Sol es total.
A continuación, se concentraron 500 mi de HEP-C en un rotavapor con baño termostatizado a 55 eC, obteniéndose un extracto enzimático orgánico concentrado (HEP-C concentrado) en forma de sirope estable con un 50-55% en peso de materia seca.
Por otra parte, se centrifugaron 500 mi de HEP-C a 4000 G durante 30 minutos.
Se obtuvieron de esta manera 400 mi en forma del extracto enzimático orgánico soluble (EOEP-S), con un 5,86% en peso de materia seca (23,44 g) y 107,5 g de materia orgánica insoluble (MOI-P), con un 19,58% en peso de materia seca (21 g). El rendimiento de masas fue del 52,81 % en el EOEP-S y del 47,19% en la MOI-P. El rendimiento en nitrógeno fue del 55% en el EOEP-S y del 45% en la MOI- P.
Las composiciones químicas de ambos productos obtenidos se recogen la Tabla 1 1 .
Tabla 1 1 . Composición química elemental del EOEP-S v la MOI-P(% en peso)
EOEP-S
Figure imgf000022_0001
A continuación se procedió a la concentración hasta 10 veces en volumen del EOEP-S (conteniendo éste aproximadamente un 60% en peso de materia seca). La MOI-P se secó a 90 eC hasta contener un 10-15% en peso de humedad, obteniéndose 16,75 g del mismo.
EJEMPLO 3
Aplicación de los extractos obtenidos en el ejemplo 1 como bioestimulantes y biofertilizantes en la producción de tomate cherry en invernadero.
Dos de los extractos obtenidos en el Ejemplo 1 (HED-C y EOED-S) se ensayaron en la producción de tomate Cherry en invernadero (condiciones controladas de humedad y temperatura). El control se trató exclusivamente con agua, utilizando como soporte turba rubia. Los grupos ensayados se definieron por bandejas con 5 macetas cada una, y a cada bandeja se aplicó un producto diferente. Los tratamientos comenzaron tras la germinación de las plantas y su trasplante a la maceta. Las dosis empleadas fueron de 1 ,3 gramos de HED-C/litro de agua de riego y de 0,939 gramos de EOED-S/litro de agua de riego, en función del contenido nitrogenado.
Altura de la plantas
Se midió el crecimiento en altura en centímetros de los diferentes grupos ensayados. Los resultados se muestran en la Tabla 12:
Tabla 12. Altura media de las plantas (cm)
Figure imgf000023_0001
Todos los grupos ensayados superaron estadísticamente al grupo control en altura.
Producción de tomate
En la Tabla 13 se presentan los datos de los gramos de tomate Cherry producidos por planta.
Tabla 13. Peso de tomates Cherry producidos (q)
90 días 105 días 120 días
CTRL 0 44,52 179,78
HED-C 0 137,50 272,20 EOED-S 146,32 285,88
En la Figura 4 se muestran gráficamente estos resultados, de los que se concluye que la aplicación de los extractos de la invención induce un incremento notable en la producción de tomates.

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Un procedimiento para obtener un extracto enzimático orgánico a partir de residuos procedentes de la fabricación de la cerveza, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
(a) añadir a los residuos en forma de suspensión una base concentrada para ajustar el pH de los mismos;
(b) someter la mezcla obtenida en (a) a una presión superior a la presión atmosférica y a una temperatura elevada; y
(c) someter la mezcla obtenida en (b) a una hidrólisis enzimática para obtener un extracto enzimático orgánico;
y porque se efectúa en un solo recipiente.
2. Procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende una etapa previa a la etapa (a) de obtención de los residuos en forma de suspensión.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende una etapa posterior a la etapa (c) en la que el extracto enzimático orgánico obtenido se somete a concentración para obtener un extracto enzimático orgánico concentrado con al menos un 40% en peso de materia seca.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende una etapa posterior a la etapa (c) en la que el extracto enzimático orgánico obtenido se somete a separación para obtener: (i) un extracto enzimático orgánico soluble, y (ii) una fase sólida.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el extracto enzimático orgánico soluble se somete a concentración para obtener un extracto enzimático orgánico soluble concentrado con al menos un 40% en peso de materia seca.
6. Procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque la base concentrada de la etapa (a) se selecciona de entre hidróxido amónico, hidróxido potásico e hidróxido cálcico.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque la base concentrada de la etapa (a) es hidróxido amónico.
8. Procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque en la etapa (b) se aplica una presión de 102-141 kPa a una temperatura de 90- 140eC.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque se aplica una presión de 1 15 kPa a una temperatura de 120 eC.
10. Procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque la enzima empleada en la etapa (c) es una proteasa alcalina.
1 1 . Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque la enzima empleada en la etapa (c) es subtilisina.
12. Procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque en la etapa (c) se efectúa la hidrólisis enzimática a una temperatura de 40-70 eC y a un pH de 8-1 1 durante un tiempo de 2-48 h.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque caracterizado la hidrólisis enzimática se efectúa a una temperatura de 55 eC y a un pH de 9,2 durante un tiempo de 24 h.
14. Extracto enzimático orgánico obtenible por el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 -13, caracterizado porque contiene más de un 90% en peso de la proteína de los residuos de partida hidrolizada en forma de aminoácidos libres, oligopéptidos y otros péptidos de mayor peso molecular.
15. Uso del extracto enzimático orgánico según la reivindicación 14 en agricultura y en alimentación animal.
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