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Eventos de bulking y foaming, involución del bioflóculo en acuicultura con tecnología simbiótica

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Por: Dr. David Celdrán Sabater *

Los bioflóculos son estructuras microscópicas esenciales para la acuicultura simbiótica. En ciertas ocasiones, su formación puede verse truncada por ciertos eventos ambientales y biológicos, que ocurren en las etapas tempranas de formación de los bioflóculos y son poco conocidos… Hablamos del bulking y el foaming.

En sistemas acuícolas con tecnologías que trabajan continuamente en el aumento de la calidad de agua, se realizan ciclos cerrados sin recambio de agua. En este ambiente, es posible la creación de flóculos, auténticas fábricas en miniatura de reciclado y alimentación para peces y mariscos.

En la tecnología bioaquafloc realizamos la investigación y desarrollo de estas minifábricas de reciclado y nutrientes. La formación de bioflóculos pasa, por la unión de microorganismos, a la materia orgánica, partículas, cationes y células muertas presentes en el agua (De Schryner et al., 2008).

Se puede decir que, un agua simbiótica “sana” y “madura” es aquella que presenta un agrupamiento de flóculos (densos y compactos) con espacios interfloculares suficientes. Además, en la maduración del sistema, existe una mezcla heterogénea de bacterias heterótrofas no filamentosas, bacterias capaces de sintetizar sustancias poliméricas extracelulares, bacterias filamentosas, hongos, protozoarios, microalgas y zooplancton (Schryner et al., 2008), como se observa en la Figura 1.

Eventos de bulking y foaming, involución del bioflóculo en acuicultura con tecnología simbiótica

Los bioflóculos, y su primo hermano el biofilm (“biopelículas”), son estructuras microscópicas esenciales para la acuicultura simbiótica. Las bacterias heterótrofas que conforman el bioflóculo consumen el nitrógeno amoniacal total (NAT) disponible en el sistema, reduciendo de esta forma los picos tóxicos de este compuesto, así como los de nitrito.

Además, suponen un alimento natural con alto valor nutricional, ya que, contienen proteínas con un perfil de aminoácidos esenciales muy rico, al igual que ácidos grasos esenciales.

“El contenido de proteína en peso seco del bioflóculo puede oscilar entre 30% y 50%, sumado al contenido de ácidos grasos y lípidos entre 0.5% y 15%, logrando reducir los costos de alimentación en más del 25% (Avnimelech, 2006; De Schryver et al., 2008; Ekasari et al., 2010; Monroy et al., 2013).”

Por ello, el complejo bioflóculo es definido, por el Dr. Celdrán, como un conglomerado de microorganismos embebidos en una matriz proteica, capaces de reciclar sustancias tóxicas y de desecho y con un alto valor nutritivo para especies acuáticas.

Sin embargo, en ciertas ocasiones, la formación de bioflóculos puede verse truncada por ciertos eventos ambientales y biológicos. Estos ocurren en las etapas tempranas de formación de los bioflóculos y son poco conocidos. Hablamos del bulking y el foaming.

¿Cómo se desarrolla el proceso de bulking y foaming en acuicultura con tecnología simbiótica?

Idealmente, dentro de la conformación del bioflóculo debería haber un equilibrio entre el crecimiento de bacterias filamentosas y bacterias formadoras de flóculos. Sin embargo, el crecimiento excesivo de bacterias filamentosas puede causar el bulking o foaming, dependiendo del tipo de microorganismos que esté presente.

El proceso de bulking se genera cuando crecen abundantes bacterias filamentosas dentro de los flóculos que están poco consolidados, incrementando su volumen por el ingreso del agua. Este incremento de volumen se le conoce como “hinchamiento del flóculo”, el cual causa un cambio en su densidad y, por ende, su velocidad de sedimentación (Figura 2). (Sam et al., 2022; García, 2007).

Eventos de bulking y foaming, involución del bioflóculo en acuicultura con tecnología simbiótica

Las principales bacterias filamentosas causantes del bulking son: Thiothrix, Nostocoida limicola y Micolata (DAntoni et al., 2017). Por otro lado, el foaming ocurre cuando los filamentos sobresalen de los flóculos hacia el líquido, formando puentes entre los flóculos y evitando la compactación de los mismos (Sam et al., 2022; García, 2007).

Este tipo de floculos quedan sobre la superficie del agua generando una espuma de color marrón derivado del proceso de flotación de la biomasa microbiana (Sam et al., 2022; García, 2007). Algunos de los microorganismos reportados como los causantes del foaming son: Microthrix parvicella y Nocardia (DAntoni et al., 2017).

“La formación de espuma generada por estos tipos de microorganismos se le conoce como espuma biótica, el cual debe distinguirse claramente de la formación de espuma abiótica provocada por un alto contenido de compuestos tensioactivos, como grasas y aceites, en aguas residuales y lodos (García, 2019; Sam et al., 2022).”

La formación de espuma biológica es un problema operativo de los activados bien reconocido, el cual resulta de la presencia de microorganismos que tienen paredes celulares con propiedades hidrofóbicas, por lo general, debido a la presencia de ácidos micólicos.

Son estas propiedades hidrofóbicas las que permiten que las células floten selectivamente en la superficie (García, 2019; Sam et al., 2022).

¿Cuáles son los factores causantes del bulking y foaming?

En la tecnología simbiótica, puede originarse algún evento de bulking y foaming si ocurre algún suceso desfavorable que cause la involución o inmadurez del flóculo debido al crecimiento excesivo de bacterias filamentosas. Existen cinco factores principales que se consideran condiciones que pueden favorecer el desarrollo de bacterias filamentosas
(J.Guo et al., 2014; D`Antoni et al., 2017), a saber:

1.Baja concentración de sustrato o agente nucleante que desfavorece el agrupamiento o desarrollo del flóculo.

2.Concentraciones de oxígeno menores a 2 mg/L y temperatura menores a 12ºC o superiores a 30ºC.

3.Acumulación de materia orgánica donde favorece las condiciones anóxicas.

4.pH ácidos, menores a 6.0.

5.Déficit de nutrientes, principalmente nitrógeno y fósforo. Se reportan condiciones ideales para que no haya déficit de nutrientes, manteniendo una relación de 100:5:1 de DBO:N:P.

Estrategias de control de bulking y foaming en la tecnología simbiótica

El proceso de bulking y foaming es un fenómeno que sucede tanto en acuicultura como en plantas de tratamiento (PTAR). Las estrategias de control que se manejan generalmente en PTAR, están relacionadas con la radicación o eliminación de las bacterias filamentosas por medio de procesos o métodos químicos, como cloración, ozonización o adición de peróxido de hidrógeno (H2O2), sales aluminosas o ferrosas.

Sin embargo, con tecnología simbiótica es preferible su control de manera biológica. Hemos de recordar que el crecimiento de estas bacterias es necesario para proveer la base estructural del bioflóculo (Sam et al., 2022), mas no en cantidades desorbitadas que pudieran dar lugar a eventos de bulking o foaming.

Los métodos específicos de control descritos por García (2019) y Sam et al. (2022) son los siguientes:

✓ Realizar mínimos recambios de agua, preferiblemente, con agua madura que contenga bioflóculos bien conformados y “sanos”.

✓ Incrementar la población de zooplancton, principalmente, rotíferos (Lecane memis y Monogont), los cuales se reportan que ayudan a disminuir la proliferación de bacterias filamentosas.

✓ Mantener temperaturas adecuadas en el sistema de cultivo, que no prevalezca las temperaturas menores a 12ºC y mayores a 30ºC por períodos largos y constantes.

✓ Aporte de calcio y algún agente nucleante (salvado), con la finalidad de ayudar a permanecer unido el bioflóculo gracias a la matriz polimérica extracelular que rodea las células microbianas y a los enlaces químicos generados por los cationes divalentes, como el Calcio (Ca2+).

Desde Bioaquafloc seguiremos desarrollando investigaciones y conocimiento para la transferencia del laboratorio al campo productivo, fortaleciendo el crecimiento de la industria acuícola y sea un motor de riqueza y estabilidad para pueblos y naciones. www.bioaquafloc.com

Este artículo ha sido elaborado con la colaboración de la Biol. Edna Rocío Riaño.

Dr. David Celdrán Sabater

*Referencias citadas por el autor disponibles bajo previa solicitud a nuestro equipo editorial.
Doctor en Ecología Marina, Máster en acuicultura y Licenciado en Ciencias ambientales por la Universidad de Murcia.
Colaborador de investigación en laboratorios en Francia, Corea del Sur, Australia y México. Fue investigador nacional SNI1 en México.
Consultor de Conservation International Foundation en Costa Rica y Asesor internacional de empresas productivas en tecnologías acuícolas simbióticas.
Revisor de la Revista Ingeniantes CITT.
Tutor académico de tesis de doctorado en tecnologías simbióticas.
Fundador y gerente de la web de acuicultura simbiótica www.bioaquafloc.com

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