Generación de ozono para el control de plagas
Según afirma un estudio publicado en la revista Environmental Research Letters, el Ozono no sólo es malo para el sistema respiratorio de los insectos, sino que también los interrumpe cuando éstos quieren encontrar su comida favorita.
Se entiende por silo una estructura diseñada para almacenar grandes volúmenes de material a granel, ya sean de cereales, leguminosas u oleaginosas. Generalmente son de forma cilindrica, de 3 a 20 m de diámetro y entre 10 y 25 metros de altura. Fabricados con placas de fierro liso ó corrugado, galvanizado y de diferentes grosores. Sus capacidades varían de 50 a 1.000 toneladas. La base de los silos puede ser plana o cónica para facilitar la salida del grano. El techo es cónico y por lo general, su ángulo de caída es de 25°.
Para su mejor funcionamiento, los silos pueden estar equipados con piso perforado para el secado del grano o de sistema de aireación a base de moto ventiladores y termo sensores para la medición de la temperatura del grano.
El almacenaje del grano
Las semillas almacenadas y expuestas a condiciones calurosas y de alta humedad generan un ambiente donde prolifera y se generalizan gran diversidad de plagas de insectos, hongos y bacterias que atacan el grano, perjudicando su calidad y generando cuantiosas mermas.
La búsqueda permanente de procesos y tecnologías que eviten o reduzcan esas pérdidas económicas resulta de suma importancia para la humanidad.
Factores que influyen en la calidad del grano
- Abióticos: humedad relativa, temperatura y tiempo transcurrido.
Cuando la humedad relativa se encuentra por encima del 75 %, se produce el crecimiento bacteriano y cuando supera el 80 %, el crecimiento de hongos. Así, en regiones húmedas y calurosas, las plagas, tanto de insectos como de hongos, crean serios problemas de calidad en el grano. Por lo general, el grano recién cosechado contiene un alto nivel de humedad.
Otro factor a considerar es la acumulación de impurezas en el silo, lo que propicia la elevación de la temperatura del grano y su compactación, lo que impedirá el paso del aire de los sistemas de aireación. Por tanto, si el grano es cosechado húmedo, será necesario contar con un equipo de secado. El grano almacenado húmedo, rápidamente es invadido por microorganismos, formando una masa compacta de grano caliente y descompuesto. En las regiones con climas más cálidos, donde la radiación solar es intensa, el sistema de aireación juega un papel muy importante debido a que la diferencia entre la conductividad del calor de la lámina metálica y el grano, propicia la migración del aire intersticial caliente y húmedo hacia zonas más frías del silo, donde se condensará la humedad, propiciando el deterioro del grano. Así, la aireación homogeniza la temperatura del silo, evitando la condensación de humedad.
- Bióticos: microorganismos, insectos, roedores y aves.
Las plagas son capaces de infestar el grano en cualquiera de las etapas de su desarrollo, así como en su almacenamiento.
Cuando los granos son cosechados con un contenido elevado de impurezas, éstas son portadoras de insectos. Al existir un daño producido por los insectos, aumenta la posibilidad de contaminación de los granos por hongos productores de toxinas como el Aspergillus. Los expertos estiman que entre el 5% y el 10% de la producción de alimentos en el mundo se pierde cada año debido a los insectos, aunque en algunos países esa cantidad se eleva incluso al 50%.
Tratamientos insecticidas
Las sustancias que se han utilizado habitualmente para reducir los efectos de las plagas pueden matar a cualquier ser que se encuentre alrededor del grano, incluyendo a las personas. Una de estas sustancias más usadas ha sido el bromuro de metilo, un pesticida que ya no está disponible desde el año 2005. Otra substancia utilizada es el Fosfuro de Aluminio o Fosfina la cual es altamente tóxica. Para completar la fumación del grano se requieren períodos de dos a tres días y durante este tiempo, los silos son hermetizados para que el gas permanezca más tiempo en contacto con el grano y así el tóxico penetre de forma más efectiva el bulto de granos.
Encontrar algo que reemplace estos métodos resultaba imperativo ya que, de no usarlos, los insectos no sólo se comen el grano, sino que además defecan sobre él, provocando el desarrollo de hongos (sobre todo el Fusarium y el Aspergillus). Estos hongos liberan micotoxinas que pueden causar enfermedades en el ganado y que han sido relacionadas con algunas formas de cáncer humano.
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El poder del Ozono
La molécula de Ozono es muy inestable y se descompone rápidamente en oxígeno, algo que obliga a producirla en el mismo lugar de aplicación.
El Ozono ataca bacterias, hongos, virus, priones, hongos y a sus esporas, generando un ambiente sanitizado en el interior de los silos y eliminando los malos olores. Además, por su corta vida media y al degradarse en oxígeno molecular, se evita ninguna contaminación ambiental residual, evidente con otros fumigantes.
El Ozono como insecticida
Las investigaciones con Ozono se iniciaron cuando los científicos se dieron cuenta de que los sistemas de purificación de aire con Ozono en los hospitales no contenían cucarachas, algo inusual en un gran edificio. Se probaron varias dosis de Ozono sobre diversos insectos y se comprobó que el gas era fatal para ellos.
El modo de acción del Ozono sobre los insectos es aún objeto de estudio, pero se cree que el principal efecto es un daño a nivel del tracto intestinal y respiratorio del insecto. Así, empleándose dosis de Ozono relativamente bajas, aunque suficientes como para matar a un insecto, se consigue que el Ozono quite al insecto el área de confort de respiración.
El Ozono no traspasa la barrera que ofrece la cubierta del grano, por lo que no permite un control de estados inmaduros de plagas primarias (las cuales se desarrollan dentro del grano). En tal sentido, el Ozono sólo serviría como método de control para los insectos de infestación secundaria o plagas externas.
El Ozono tiene propiedades esterilizantes y reduce la contaminación de esporas, de hongos y de toxinas fuera del grano, aunque su efecto es reducido cuando el grano se encuentra contaminado internamente. Sin embargo, si la mayor carga microbiana se encuentra en la superficie, el Ozono tiene un importante efecto esterilizante.
Por otra parte, si consideramos que la mayor proporción de las micotoxinas están típicamente en el interior del grano, el efecto real del Ozono sobre las toxinas debería observarse como un efecto de importancia secundaria.
Además, en la actualidad, la ozonización es la única tecnología que permite la erradicación de olores objetables presentes en los granos (producidos por hongos o excreciones de insectos).
Los famosos gorgojos del trigo, del arroz o del maíz, las palomillas del cereal y otros insectos como los taladrillos de los cereales, en un silo o bodega llena de granos gozarán de un ambiente muy confortable. Perforan la cascarilla de los productos almacenados, se alimenta libremente y con buena temperatura y mucho oxígeno, crecen y se reproducen rápidamente.
El peso del Ozono
Es importante recordar que el gas Ozono es más denso que el aire y por tanto más pesado, lo que hace que se precipite hacia el suelo. En el granel, el Ozono oxidará toda molécula orgánica que encuentre a su paso alrededor del grano, sin traspasar la cubierta del grano, con lo cual no permite el control de estadios inmaduros de las plagas primarias, ya que éstas se desarrollan en el interior del grano. Por eso diremos que el Ozono servirá como método de control para insectos de infestación secundaria o plagas externas.
El residuo del Ozono
Una vez el Ozono ha realizado su labor de desinfección, su residuo será el oxígeno. La ausencia de contaminantes tras una adecuada aplicación de Ozono permite su uso en productos orgánicos.
La eliminación de olores
La degradación de la materia orgánica y la fácil aniquilación de los microorganismos con el Ozono garantiza la eliminación de los compuestos volátiles causantes del rechazo de mercancías debido a olores objetables. La ozonización es la única tecnología que permite la erradicación de olores objetables presentes en los granos.
Para desodorizar se necesita menos concentración de gas Ozono que para esterilizar, con lo que la desodorización será menos costosa que la esterilización, siendo la eliminación de olores una de sus principales aplicaciones del Ozono, especialmente en granos industriales y orgánicos, donde las exigencias de calidad son normalmente más altas.
Tratamiento con ozono para el control de plagas
Diversos estudios indican que es necesaria una concentración de 50 ppm de Ozono durante 3 días para lograr la mortalidad total de insectos adultos comúnmente encontrados en maíz almacenado o bien una concentraciones de 25 ppm para un período de 5 días (Strain, 1998).
Este mismo estudio demostró que la fumigación de granos de Ozono tiene dos fases distintas.
- Fase 1: el maíz que no ha sido tratado previamente con Ozono tiene zonas en su superficie que reaccionan con el Ozono durante la fumigación inicial, degradándose éste al reaccionar con estos espacios. A este fenómeno se le llama «demanda media de Ozono» (Kim et al., 1999).
- Fase 2: una vez que estos sitios han reaccionado con el Ozono, su tasa de degradación disminuye.
Por tanto, la Fase 1 es la más importante en la fumigación con Ozono, donde deberán producirse concentraciones suficientemente altas como para penetrar en todo el bulto del grano en un corto período de tiempo.
Explicado de otro modo, lo que se pretende en la aplicación es alcanzar una concentración moderada de, como por ejemplo 50 ppm, en todo el granel, para luego mantenerla durante el tiempo necesario, como por ejemplo 72 horas, hasta conseguir un CTP (Coste-Tiempo-Producto) de por ejemplo 50×72=3600 ppm/horas. El CTP es el producto entre la Concentración del gas y el Tiempo de exposición del Producto. Así, un mismo CTP puede lograrse utilizando bajas concentraciones y altos tiempos de exposición o viceversa.
Al igual que ocurriría con cualquier desinfectante, ya que la desinfección es el resultado de la oxidación de la membrana de proteína celular, una exposición prolongada de las estructuras metálicas a altas concentraciones de gas Ozono podría provocar un deterioro prematuro del silo. Por ello, dependiendo de la facilidad de circulación del gas Ozono a través del bulto de grano, podría reducirse la concentración de Ozono y ampliarse el tiempo de exposición. Así, podríamos aplicar 25 ppm durante 144 horas, evitando de este modo ese prematuro deterioro de las estructuras no resistentes a la oxidación.
Concentraciones y tiempos de ozono para el control de plagas
En la tabla, se presentan resultados promedios del tiempo necesario para matar los insectos mediante la exposición al Ozono. En todos los experimentos se observa siempre que la mortandad es creciente en función del tiempo de exposición al Ozono.
| Tiempo en minutos | Insectos muertos |
| 0 | 0% |
| 30 | 2% |
| 60 | 53% |
| 90 | 74% |
| 120 | 76% |
| 150 | 100% |
A pesar de que la concentración de Ozono de 40 mg/L es suficiente para eliminar el 100% de los insectos Sitophilus zeamaiz y Tribollum castaneum, nos encontramos con que la resistencia al Ozono de los insectos no es la misma, variando el tiempo necesario para alcanzar el 100% de la mortandad. De este modo, vemos que el Tribollum castaneum es más resistente que el Sitophilus zeamaiz, siendo necesarias sólo 3 horas para eliminar el 100% de los Sitophilus zeamaiz y 15 horas para eliminar los Tribollu
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Efectos del Ozono en los alimentos
Durante los experimentos en la «Purdue University», en Indiana, se utilizó Ozono para tratar arroz, maíz, soja, trigo y otros cultivos. Se estudió cómo fluía el gas entre el grano almacenado y qué tipo de reacciones producía. Se analizaron también los productos finales para ver si mantenían la misma calidad que el grano no tratado.
Por ejemplo, se comprobó si se obtenía el mismo tipo de harina y si el pan tenía un sabor diferente, etc. También se estudió si el Ozono afectaba a los aminoácidos y ácidos grasos esenciales que no produce el cuerpo y que están presentes en estos alimentos.
En todos los casos no se encontraron valores nutritivos y metabólicos distintos.
En la siguiente tabla se muestra que el maíz entero ozonizado durante 8 horas a 40 mg/L, en cuanto a la calidad del grano se refiere, no mostró cambios en su calidad proximal y mineral en ninguna muestra. Por tanto, el tratamiento con Ozono no afecta a la calidad del grano.
- Ácidos grasos libres: no se encontraron diferencias significativas de índice de peróxidos, ácidos grasos libres y perfil de ácidos grasos.
- Hongos y Aflatoxinas: para el género Aspergillus, en las diluciones seriadas se obtuvieron reducciones de un 89.63% en 2 horas, 96.07% en 4 horas y 97.94% en 8 horas de ozonización. Para el género Rhizopus, en las diluciones seriadas se obtuvo una reducción del 67% en 30 horas de ozonización. El contenido de aflatoxinas totales se redujo de acuerdo al tiempo de ozonización un 10.67% en 4 horas, 54.52% en 8 horas y 57.79% en 30 horas.
Todos los resultados favorecen la calidad del maíz cuando es ozonizado.
| Unidad experimental cruda | % Proteinas | % Cenizas | % Grasas | % Fibra | % Carbohidratos |
| 1 | 7,78 | 1,31 | 4,19 | 1,19 | 74,04 |
| 2 | 7,95 | 1,10 | 4,26 | 1,29 | 74,35 |
| 3 | 8,03 | 1,06 | 4,34 | 1,48 | 74,22 |
| 4 | 8,01 | 1,17 | 4,52 | 1,21 | 74,36 |
| 5 | 7,93 | 1,13 | 4,36 | 1,02 | 74,99 |
| 6 | 7,37 | 1,10 | 3,83 | 1,37 | 74,72 |
| 7 | 8,09 | 1,23 | 4,37 | 0,95 | 74,73 |
| 8 | 7,41 | 1,21 | 4,22 | 1,48 | 73,52 |
| 9 | 8,00 | 1,14 | 4,15 | 1,36 | 74,34 |
| 10 | 8,04 | 1,21 | 4,18 | 1,16 | 73,71 |
| 11 | 7,50 | 1,19 | 4,04 | 1,44 | 73,71 |
| 12 | 7,56 | 1,14 | 4,41 | 1,49 | 74,62 |
Datos a considerar
- Distintos tipos de grano caracterizan distintas dinámicas de movimiento del gas a través de sus granos.
- Si el Ozono se aplica sólo en el domo o en el fondo de la columna de granos, el gas no avanzará con un flujo uniforme o laminar dentro del bulto de granos, formándose trayectorias o caminos en el seno del bulto de granos. Ya que los insectos no necesitan largos períodos de tratamiento ni altas concentraciones para morir, resolviéndose el problema de distribución de gas dentro del bulto de granos, se mejora y acelera de forma notoria el tratamiento.
- El gas Ozono penetra la periferia o muro del bulto de grano con mayor facilidad que el centro, presumiblemente debido a un nivel superior de material fino en el centro de la masa de grano.
- El contacto del aire ozonizado con el grano provoca reacciones, no sólo con las impurezas y las plagas, sino también con el contenido de ácidos grasos insaturados de los granos, lo cual explica los casos de altos y sostenidos consumos de Ozono, además de los tiempos de contacto necesarios (días) para lograr la mortalidad completa de los insectos.
- A mayor cantidad de material fino o más áreas de contacto con el germen y el endospermo expuesto, más se reduce el flujo de gas y por tanto, menor eficacia del Ozono. Un mayor flujo de gas favorece la eficacia del Ozono.
- Siendo el Ozono un gas en movimiento, penetra en los espacios inter-granulares, manteniendo una concentración apropiada de fumigación, siendo una ventaja respecto a las fumigaciones pasivas con Fosfina.
- Es preferible introducir Ozono a través de la parte superior de la columna, es decir, en el domo, ya que la mayoría de los insectos suelen localizarse en el espacio del domo y la parte superior de la masa de granos. Debido al mayor contenido de humedad que habitualmente existe en esta área, también existe mayor daño potencial causado por hongos.
- La efectividad del Ozono es mayor en ambientes húmedos y fríos, eliminando mucho mejor todo tipo de esporas y microorganismos.
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Instalación del sistema de ozonización
Existen multitud de fórmulas para el tratamiento del grano, pero creemos que lo más efectivo pasa por instalar un emparrillado cuadrado auto soportante, a modo de andamiaje y construido en PVC con múltiples perforaciones a través de las cuales se administraría el Ozono.
Además, pueden aplicarse distintas concentraciones según la altura y dirigirse la entrada del Ozono al domo o a la base de la columna según convenga. De este modo se distribuye mucho mejor el gas por todas las cavidades inter-grano, alcanzando mejor el interior del bulto. Así se reducen los tiempos y concentraciones necesarios para la eliminación completa de la plaga.
Instalación en lecho fijo: Una vez lleno de grano el silo, puede ozonizarse con un sistema de aireación, introduciendo el Ozono con un sistema de recirculación similar al que se utiliza en los sistemas de fumigación con circuito cerrado. De este modo se fuerza su movimiento a través de la masa de granos mediante un flujo de aire desde el techo del silo, lo que ocasionará que reaccione por capas de grano. A mayor proporción de materia no grano del total del granel, menor será el avance del frente de acción del Ozono, siendo mayor el consumo de gas Ozono. Eso es así porque al ubicarse el material fino en el espacio inter granos, en un mismo volumen de grano existirá más material con el cual el Ozono debe reaccionar. La desventaja de una modalidad de aplicación de este tipo si el flujo de aire no es muy alto es que las capas de grano que primero entran en contacto con el gas se encuentran con una alta concentración de Ozono durante toda la aplicación de forma innecesaria.
Si el aire ozonizado que sale de un silo bajo tratamiento se inyecta en el conducto de aireación del próximo silo a tratar, se aprovechará parte de esa producción residual de Ozono.
Sistema continuo de ozonización: Se trata de una ozonización durante el transporte interno del grano, previo a su almacenado final. Para ello se aplica en una rosca o sinfín con un sistema de distribución del gas de manera uniforme durante el recorrido del grano.
Este proceso de ozonización requiere grandes concentraciones instantáneas de gas para alcanzar una CT/producto adecuada, lo que significa utilizar un generador de mayores producciones y más costoso. Incluso con la capacidad de los equipos más grandes (650 g/h), el grano deberá permanecer al menos 4 minutos en el sinfín, con lo que se reduce la capacidad normal para transportar grano de cualquier rosca.
Tamaño del generador de Ozono
Los equipos deberán adecuarse al tipo y tamaño del silo donde se utilizarán, calculándose una concentración de Ozono de unos 50 mg por litro de volumen.
Así, para silos pequeños, por ejemplo podremos necesitar producciones de Ozono a partir de los 125-250 g/h, mientras que se requerirán 1.000 g/h para silos de hasta1.000 toneladas de capacidad.
Consumos de Ozono
El consumo de Ozono ha demostrado ser diferente dependiendo del tipo de maíz utilizado, observándose que dicho consumo depende directamente de las condiciones físicas del maíz. Eso es debido a los altos contenidos internos de ácidos grasos insaturados (33%), compuestos químicos que se caracterizan por consumir grandes cantidades de Ozono. Por ello, el grano deteriorado, picado y con materia fina consumirá grandes cantidades de Ozono, retrasándose mucho la eliminación de la plaga.
Nuestro diseño y metodología reducirá los consumos de Ozono en general, favoreciendo la eliminación de la plaga gracias a la dinámica y distribución del aire ozonizado en el seno de la columna del grano, evitando así lentos recorridos inter-granulares.
Presupuestos de ozono
Podemos realizar un presupuesto a partir de una toma básica de datos como son:
- Tipo de grano a tratar.
- Problema que se desea solucionar.
- Capacidad volumétrica del silo.
- Volumen máximo del bulto.
Para estas aplicaciones suele proponerse un pilotaje previo para desarrollar la instalación final.
