ARTÍCULO DE REVISIÓN

 

Plumas: Implicancia ambiental y uso en la industria agropecuaria

Feathers: Environmental implication and use in the agriculture industry

 

Nelino Florida Rofner

Escuela Profesional de Ingeniería en Conservación de Suelos y Aguas. Universidad Nacional Agraria de la Selva, Huánuco-Perú

Autor para correspondencia, e-mail: nelinof@hotmail.com

https://orcid.org/0000-0002-8751-4367

 

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RESUMEN

Las plumas de pollo (Gallus domesticus) resultan como sub productos de plantas de beneficio y la falta de fiscalización y reglamentación en países como Perú, propician que estos residuos terminen en cuerpos hídricos o en botaderos informales, transformándose en contaminantes del ambiente. Sin embargo, su aprovechamiento en la industria agropecuaria promete darle mejor tratamiento a este residuo, como fuente de proteína en la formulación de dietas principalmente de cerdos, aves y vacunos, gracias a su alto contenido de proteínas, aminoácidos, minerales y fibras naturales y su incorporación en la producción de bioabonos mejoran notablemente el contenido de materia orgánica y nitrógeno e influyen positivamente en las propiedades del suelo y el rendimiento de los cultivos. Además, presenta gran potencial en la industria cosmética, biomédica, textil, bioenergía, entre otras aplicaciones. Por lo que, la revisión abordara los avances relacionados a sus efectos ambientales y sus potencialidades en la industria pecuaria y agrícola, como alternativas de tratamiento a estos residuos y minimizar sus efectos ambientales.

PALABRAS CLAVE: Bioabonos, digestabilidad, harina de plumas, hidrolisis enzimática, contaminación

 

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ABSTRACT

Chicken feathers (Gallus domesticus) are as byproducts of processing plants and the lack of oversight and regulation in countries like Peru, cause that these wastes end up in water bodies or informal dumpsites, becoming environmental pollutants. However, their use in the agricultural industry promises to give better treatment to the residue, as a protein source in diet formulation mainly pigs, poultry and cattle, due to its high content of protein, amino acids, minerals and natural fibers and incorporation in the production of biofertilizer significantly improve the content of organic matter and nitrogen and positively influence soil properties and crop yield. In addition, it has great potential in the cosmetic industry, biomedical, textile, bioenergy, among other applications. Therefore, the review will address the progress related to its environmental effects and its potential in the livestock and agricultural industries, as alternatives to the treatment of these residues and minimize their environmental effects.

KEYWORDS: Biofertilizer, digestibility, feather meal, enzymatic hydrolysis, pollution

 

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INTRODUCCIÓN

En Sudamérica y el mundo la producción y consumo de pollo de carne a mostrado tendencias de crecimiento sostenido, Perú no ha sido ajeno a esta tendencia, pues muestra un crecimiento promedio de 7 % en los últimos 10 años (Ministerio de Agricultura y Riego-MINAGRI, 2018a). Además, los adelantos tecnológicos favorecen la intensificación de la producción de aves de corral en todo el mundo, sin embargo, las tradiciones y las limitaciones económicas siguen fomentando pequeños sistemas de comercio de aves vivas (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura-FAO, 2019), especialmente en Perú el 85 % se comercializa como ave viva (Bueno et al., 2017) que se benefician en ambientes artesanales y la falta de regulación permite que los residuos que contienen importantes cantidades de plumas tengan como destino final los cuerpos hídricos y botaderos informales, convirtiéndose en agentes de contaminación (Florida & Reategui, 2019).

Es necesario destacar que las plumas son el sub producto más importante, por su composición y sus diversas posibilidades de uso; sin embargo, presenta limitaciones por su elevado contenido de queratina y fibras en la composición y configuración molecular (Cabrera et al., 2018; Quintero et al., 2017). La complejidad estructural, requiere técnicas apropiadas para ser reincorporadas a la industria alimenticia pecuaria, agrícola y otros usos, generalmente requiere tratamientos físico-químico y biológicos previos (Cabrera et al., 2018), dando como resultado excelente insumo para la formulación de dietas en animales (principalmente cerdos y vacunos), fuente de queratina para la industria cosmética y farmacéutica, producción de bioabonos con altos contenidos de nitrógeno y otros usos (Florida & Reategui, 2019; Cabrera et al., 2018; Quintero et al., 2017; Benítez et al., 2014; Hernández et al., 2013). En este contexto, la revisión muestra la problemática ambiental y las potencialidades que tienen las plumas de pollo de carne o pollo broiler (Gallus domesticus) en la industria pecuaria y en la agricultura, como alternativas para el tratamiento seguro y proteger el medioambiente.

Composición y complejidad estructural de las plumas

Es una estructura epidérmica, consta de un eje central rígido llamado raquis con paletas más suaves en cada lado, la paleta se compone de numerosas ramas laterales llamadas barbas (Grafico 1) compuestas de queratina (Quintero et al., 2017).

Presenta 83 % de proteínas (Tabla 1) y la queratina representa del 85 al 90 % del total de la proteína presente en las plumas (Alzamora et al., 2018). La queratina es una proteína estructural fibrosa insoluble y difícil de digerir por humanos y animales, esta proteína es resistente a la degradación por enzimas proteolíticas comunes como la tripsina, la pepsina y la papaína debido a la composición y conformación molecular (Adetunji et al., 2012) y está compuesta por gran variedad de aminoácidos encontrándose en mayor abundancia la Glicina, y Cisteína (Salazar, 2013), además, la cisteína presente forma enlaces disulfuro del dímero istina, estos enlaces se entrecruzan estableciendo una red tridimensional de cadenas polipeptídicas y en conjunto con los residuos hidrofóbicos hacen que la queratina sea insoluble en agua y en solventes apolares, que otorgan una gran resistencia (Gallardo et al., 2015); por ello, presentan alto grado de insolubilidad y aseguran la rigidez estructural de las plumas (Orjuela et al., 2015; Benítez et al., 2014; Riffel & Brandelli, 2006). Sin embargo, son deficientes en metionina e histidina, lo que limita su uso en la alimentación humana (Benitez et al., 2014), pero puede tener interesantes aplicaciones en la industria pecuaria, agrícola, entre otras (Kowata, et al., 2012).

Evidentemente los componentes más importantes (Tabla 1) a tener en cuenta para ser utilizado en la industria pecuaria es su elevado contenido de proteínas (80.51 %), queratina y Fibra orgánica (10.05 %), y en la agricultura, los altos niveles de materia orgánica (93 %) y nitrógeno (12.66 %).

Plumas como agente de contaminación

Las plumas se pueden transformar en agentes contaminantes del ambiente y provocar una serie de daños a los ecosistemas (Hernández et al., 2013), frente a ello, debemos preguntarnos porque en nuestros días pasó a ser un importante agente de contaminación, independientemente de las debilidades normativas y fiscalización a los procesos industriales en nuestro país. Las razones están ligadas a la calidad nutricional de la carne, la FAO (2013) considera a la carne de pollo como sana, destaca el bajo contenido de grasa, la pechuga contiene menos de 3 g de grasa/100 g, en contraste la carne oscura varia de 5 a 7 g /100 g; además, la mitad de la grasa del pollo contiene grasas monoinsaturadas deseables y solo un tercio son grasas saturadas, menos saludables. Condición que genero expectativas y propició incremento en el consumo.

La calidad de la carne, los precios elevados de productos sustitutos (carne de res o chancho), el inestable abastecimiento del pescado y la preferencia del consumidor peruano (Chacón, 2016) ha generado una tendencia creciente en la producción y el consumo nacional e internacional; al 2016 alcanzo 9 430 mil millones de pollos parrilleros en Sudamérica siendo Brasil, Argentina y Colombia los productores más importantes de la región (Bueno et al., 2017); sin embargo, Perú lidera en consumo regional con 46,5 kg/ habitante/año, superando en 2017 a Argentina, Panamá y Brasil que siguen de cerca a Perú con 41 kg/ habitante/año (Industria Alimentaria-IA, 2019; Ministerio de Agricultura y Riego- MINAGRI, 2018a). La producción en Perú al 2017 alcanzó 707 600 millones de unidades y presenta crecimiento promedio de 7% en los 10 últimos años (MINAGRI, 2018a), del total producido el 85 % se vende como ave viva (Bueno et al., 2017), situación que permite el beneficio en locales artesanales que no aplican medidas sanitarias y ambientales para evitar la contaminación con los residuos generados en el proceso (FAO, 2013).

En nuestro país el 2017 se ha producido 1 464 548 toneladas de carne de pollo, entre las regiones con mayor producción destacan Lima con 848 mil toneladas, La Libertad 271, Arequipa 153, Ica 72, Ancash con 39 y San Martin con 38 mil toneladas (MINAGRI, 2018a), a partir de los datos de producción, podemos determinar el volumen de residuos que se generó (Tabla 2), tomando como base los valores medios para las plumas, viseras y sangre reportado por Cervantes (2011); Rodriguez (2011) y Jerez et al. (2004).

Se producen 90 642,6 miles de toneladas de plumas en nuestro país (MINAGRI, 2018a), junto con las vísceras y sangre son los subproductos del proceso (Fernández y Betancourt, 2018) y se consideran como residuos inútiles o desechos (Bhange et al., 2016; Benítez et al 2014). La gestión inadecuada da lugar a potenciales problemas de salud ambiental y humana, los desechos generados constituyen una importante fuente de impacto ambiental negativo por sus indicadores físico-químicos- microbiológicos inadecuados (Cun & Álvarez, 2017).

Los problemas específicos son la contaminación por vertimientos a fuentes hídricas, figuran la degradación de las aguas superficiales y subterráneas por incremento del nitrógeno y fósforo, OD, DQO y DBO5, lo relativo a la calidad del aire incluyen el destino y efectos del amoníaco, el sulfuro de hidrógeno y emisiones de gases de efecto invernadero (Fernández & Betancourt, 2018; FAO, 2013), que se originan durante el proceso de descomposición. Además, estos subproductos generados tienen impacto ambiental-social negativo, importante para la salud pública por la emisión de olores molestos ruidos, moscas, roedores y aves de carroña que molestan en forma directa a la población que habita en un radio mínimo de 100 m de las plantas de beneficio (Fernández & Betancourt, 2018; Cun & Álvarez, 2017). Por lo tanto, los grandes volúmenes producidos en nuestro país nos deben llevar a plantear alternativas que permitan dar valor agregado a las plumas y evitar o minimizar la contaminación ambiental causada por dicho residuo (Orjuela et al., 2015).

Utilización en la industria pecuaria

Frente a los sub producto del beneficio, las plumas que representan 39 % del total de desperdicios (Calderón, 2000) y demás residuos; se torna necesario plantear alternativas orientadas a la preservación del ambiente, las industrias deben manejarse bajo parámetros ecologistas de manera permanente en el proceso industrial, para que su desarrollo no genere impactos negativos (Fernández & Betancourt, 2018). Por tanto, uno de los principales factores que contribuyen hoy en día a mantener la calidad del medio ambiente, es el aprovechamiento de subproductos avícolas en la industria alimenticia de cerdos, vacunos, aves, peces y otros, como alternativas nutricionales que permitan reducir costos sin afectar de manera adversa la producción (Cabrera et al., 2018). El uso de plumas en dietas de aves, peces (Salvador et al., 2017; Madrid, 2014), cerdos y ganado rumiantes está siendo tratado y estudiado por diversos autores por el gran potencial nutricional (Tabla 3) de las plumas, previo procesamiento por hidrolisis o acciones enzimáticas de queratinasas (Cabrera et al., 2018; Machuca et al., 2016; Pan et al., 2016; Brotzge et al., 2014; González & Bauza, 2010).

Las plumas pueden convertirse en un concentrado proteico palatable y altamente digestible de 82 % por hidrolisis físico-químico y puede alcanzar una digestibilidad de hasta 98 % por hidrolisis enzimática (Fakhfakh et al., 2011). El proceso de hidrolisis se da bajo condiciones de elevada presión (3,2 atmósferas) y temperatura (146-160 ºC durante 30 minutos) para que produzca la ruptura de los enlaces químicos que dan estructura a la queratina (FEDNA, 2012; Del Aguila, 2011). Sin embargo, el desequilibrio en aminoácidos esenciales generadas por esta técnica (hidrolisis) limita su uso en dosis elevadas, aunque presenta concentración muy elevada en cistina, treonina y arginina, pero deficitaria en metionina, lisina, triptófano e histidina; la suplementación con aminoácidos sintéticos es una alternativa de utilizar las plumas en forma de harina obtenida por hidrolisis (Brotzge et al., 2014). Al parecer, estos métodos tradicionales dan lugar a una pérdida de aminoácidos esenciales tales como metionina, lisina y triptófano y es por ello que se están desarrollando tratamientos biológicos alternativos mediante acción de enzimas queranoliticas producidas por bacterias, actinomicetos y hongos que degradan y utilizan la queratina (Călin et al., 2017; Quintero et al., 2017; Machuca et al., 2016; Pan et al., 2016; Adetunji et al., 2012; Fakhfakh et al., 2011; Rodrigues et al., 2008) y obtener harina de plumas con mayor digestibilidad (hasta 98 %), transformándolo como una fuente viable de proteínas.

Las plumas presentan importantes cantidades de aminoácidos (Tabla 3) al suministrarse en cerdos utilizan el pienso y la Lys tan eficientemente como los alimentados con las dietas convencionales, pero reducen ligeramente el peso corporal y la ganancia de carne magra libre de grasa (Brotzge et al., 2014). Sin embargo, queda demostrada que promueve el crecimiento y rendimiento de lechones de vivero y es una alternativa prometedora en términos de crecimiento, rendimiento y salud intestinal (Pan et al., 2016). Además, se evalúa su potencial para la sustitución de insumos como la torta de soya y harina de pescado por las plumas en suplementos proteicos útiles en la alimentación animal (Brotzge et al., 2014; Bauza et al., 2007) ya que se puede sustituir hasta 30% de los insumos tradicionales en dietas, por plumas hidrolizadas y promover excelente comportamiento productivo en cerdos y vacunos estabuladas (Cabrera et al., 2018; Pan et al., 2016; Brotzge et al., 2014) y más importante, reducir costos en la formulación de dietas y dar un uso apropiado a un subproducto contaminante (Cabrera et al 2018; Bauza et al., 2007).

Producción de bioabonos y su aplicación en la agricultura

Las plumas presentan 80,51 % de proteínas, 10,05 % Fibra orgánica, 93 % materia orgánica y 12,66 % de nitrógeno (Tabla 1), lo convierte en excelente sustrato para la preparación de bioabonos, ya que hasta un 30 % de plumas muestran mejoras significativas en la capacidad de retención de agua (Tamreihao et al., 2019), materia orgánica, nitrógeno y el contenido mineral (Tabla 4), parámetros importantes en la calidad de bioabonos (Florida & Reategui, 2019).

Además, la utilización en preparación de compost incrementa hasta 4,8 % de nitrógeno (Tabla 4), valor muy alto en comparación a otros abonos tipo compost a base de diferentes insumos de fuentes naturales orgánicas (Florida & Reátegui, 2019; Jacobo et al., 2017; Ramos et al., 2014; Hernández et al., 2013). Además, las plumas son fuente de péptidos, aminoácidos (Tabla 3) y minerales para los fertilizantes orgánicos, la degradación y aplicación en suelos podría ser una fuente económica de compuestos nitrogenados para las plantas (Bhange et al ., 2016), y generar aminoácidos, especialmente el triptófano, un precursor de la hormona del crecimiento de las plantas, ácido indol-3-acético (IAA) fitohormona esencial para la germinación de semillas (Kumar et al., 2017) crecimiento y desarrollo de las plantas, incluida la plasticidad celular, elongación del tejido, embriogénesis y emergencia de las raíces colaterales (Tamreihao et al., 2019). Es decir, se observa una mejora integral del cultivo.

También, se ha evidenciado que su aplicación en la agricultura orgánica funciona como fertilizante de liberación semi lenta (Adetunji et al., 2012); la liberación de N llega hasta 65% después de 8 semanas, en parte a su resistencia a la descomposición, la acumulación de biomasa microbiana y la descomposición secundaria (Hadas et al., 1994). Su aplicación en los suelos presenta afectos muy importantes en los indicadores de fertilidad (Tabla 5), produciendo efectos significativos en el pH, MO N, P y K (Bhange et al. (2016) y sobre la población de bacterias hidrolizantes de celulosa y las proteolíticas, favoreciendo el reciclaje que está directamente relacionada con la fertilidad (Esmaeilzadeh y Gholamalizadeh, 2014) y el control de enfermedades (Tamreihao et al., 2019; Adetunji et al., 2012; Hadas et al., 1994).

El uso de las plumas (hidrolizadas o compostadas) en la agricultura, al parecer responde mejor frente a los cultivos que requieren cantidades bajas pero constante de nitrógeno, para mantener la calidad del producto y rendimientos aceptables, como en el caso del tabaco orgánico (Bennett et al., 2018; Vann et al., 2017) y el cacao (Puentes et al., 2014). Por lo tanto, en Perú, los bioabonos a base de plumas tendrían un mercado potencial muy grande en la producción de cacao ya que al 2017 las áreas alcanzaron 199 mil hectáreas y casi el 60 % con manejo orgánico (Florida & Reategui, 2019; MINAGRI, 2018b). Lo que garantiza la viabilidad de la producción de bioabonos a base de plumas.

Otras aplicaciones de las plumas

El potencial de utilización de las plumas no se limita a la industria alimenticia pecuaria y como bioabonos en la agricultura, pueden también ser usadas como fuente de peptona en la producción de biomasa láctica (Serna et al., 2012), para la obtención de queratina cosmética (Valencia, 2018; Machuca et al., 2016; Quintero et al., 2015; Salazar, 2013), bioplásticos (Gómez & Yory, 2018; Calle & Washington 2017), en la Industria textil como fibra natural para relleno de almohadas, colchones, bolsas de dormir y otros, con características estructural y mecánicas únicas (Rahhali, 2015), como materias primas livianas, de bajo costo y biodegradables para la fabricación de material de embalaje (Gonzales & Martínez, 2917; Serra, 2014), La bioadsorción de metales pesados (Tejada et al., 2015), bioenergía (Mojica et al., 2016; Aguilar, 2015) aplicaciones biomédicas (Gutiérrez, 2018). Por tanto, los múltiples usos que se le pueden dar están relacionadas a sus propiedades mecánicas y estructurales únicas (Gutiérrez, 2018; Rahhali, 2015), que incluyen biodegradabilidad, bioreabsorbilidad, biocompatibilidad, esterilización, funcionalidad, autoensamblaje y capacidad de fabricación.

CONCLUSIÓN

Las plumas están compuestas de queratina, una proteína estructural fibrosa insoluble y difícil de digerir y se producen 90 642,6 miles de toneladas de plumas anualmente solo en nuestro país, los desechos generados constituyen una importante fuente de impacto ambiental negativo en la degradación de las aguas superficiales y subterráneas, suelo y emisiones de gases de efecto invernadero, su aprovechamiento en la industria pecuaria y agrícola son alternativas viables para su disposición final.

Los grandes volúmenes producidos pueden usarse en dietas de cerdos y ganado rumiantes por El gran potencial nutricional, previo procesamiento por hidrolisis o acciones enzimáticas que pueden convertir en concentrado proteico palatable y altamente digestible de 82 % a 98 % que promueve excelente comportamiento productivo en cerdos y vacunos estabuladas y es una alternativa prometedora en términos de crecimiento, rendimiento y sustitución económica de insumos como la torta de soya y harina de pescado. Es excelente sustrato para la preparación de bioabonos con alta capacidad de retención de agua, materia orgánica, nitrógeno, contenido de minerales y formación de ácido indol-3-acético, un precursor de la hormona del crecimiento, fitohormona esencial para la germinación de semillas, crecimiento y desarrollo de las plantas. Asimismo, los bioabonos de plumas presentan excelentes niveles de fertilidad, produciendo efectos significativos en el pH, MO, N, P, K y una liberación semi lenta de N en él suelo.

Por lo tanto, las plumas poseen excelentes propiedades mecánicas y estructurales que permiten plantear múltiples alternativas; sin embargo, considerando el contexto actual de nuestro país, la producción de alimentos para cerdos y rumiantes y bioabonos a base de plumas es viable y garantiza el apropiado uso a un subproducto contaminante, como alternativas para el tratamiento seguro y proteger el medioambiente.

 

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Artículo recibido: 24/01/2018

Artículo aceptado: 16/06/2019

En línea: 25/07/2019