Determinación de la viabilidad de producción de Salicornia ...

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

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


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


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


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


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


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


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


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


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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