“Optimización Sostenible de Vinazas: Innovación en el Aprovechamiento, Tratamiento y Caracterización para un futuro Ecoamigable”

QFB. Carlos Grant Chan. CEO Germen Biotecnología

Durante los últimos años la contaminación ambiental ha ido en aumento en todo el mundo, los residuos agroindustriales que resultan de los procesos realizados en la industria representan un foco de contaminación hacia el ambiente. En este caso, para la obtención del tequila, se derivan dos tipos de residuos bagazo y vinazas.

La caracterización de las vinazas es útil para su aprovechamiento como medio nutritivo y de bajo costo para su uso en fermentaciones de bacterias y como complemento para compostas empleadas como biofertilizantes.

La industria tequilera representa un pilar fundamental en la identidad y economía de México, siendo el agave una planta icónica arraigada profundamente en la cultura del país., Sin embargo, esta industria enfrenta un desafío significativo en forma de residuos, con el bagazo y las vinazas como los principales subproductos generados. Las vinazas, líquidos residuales de la destilación y fermentación, se caracterizan por su tonalidad café oscuro, su sabor malta y su aroma a miel. En promedio, se producen entre 10 y 15 litros de vinazas por cada litro de etanol, con un pH ácido que oscila entre 3.4 y 4.5, con una demanda química de oxígeno (DQO) entre 60 y 70 g/L; complicando su degradación. Lo que representa un alto grado de contaminación para los suelos y recursos hídricos debido a su alta carga de materia orgánica. Mientras que el bagazo del agave contiene un alto contenido de humedad y presenta proteína y fibra, siendo utilizado para alimento de ganado, además los estudios recomiendan como suplemento para mejorar la digestibilidad, así como el desempeño productivo de los animales.

Los residuos agroindustriales poseen un alto potencial para ser aprovechados en la creación de nuevos productos. La agroindustria debe mantener un equilibrio entre sus procesos y la protección del medio ambiente, ya que estos residuos, cuando no son tratados, provocan la contaminación de otros entornos. En la actualidad, tanto la biomasa lignocelulósica como la lipídica se utilizan como fuentes para la obtención de alternativas renovables, como biolubricantes y biocombustibles líquidos. Durante mucho tiempo, se han explorado diversas aplicaciones de estos cultivos, siempre con el objetivo de no comprometer su sostenibilidad ni el entorno ambiental.

En nueve estados de la República Mexicana con denominación de origen del mezcal, se producen anualmente cinco millones de litros de mezcal, de los cuales 4.5 millones (90%), son producidos en Oaxaca. Cada litro de mezcal producido artesanal o industrialmente genera, como subproducto de la fermentación y destilación del agave, entre 10 y 12 litros de vinazas. Lo que indica que, se vierten entre 45 y 54 millones de litros de vinazas, las cuales son residuos líquidos recalcitrantes.

De acuerdo a la que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a cuerpos receptores provenientes de la industria de la destilería (NOM-064-ECOL-1994), las vinazas no cumplen con los parámetros ambientales para ser descargadas directamente.

Caracterizaciones fisicoquímicas de las vinazas

Las características de las vinazas pueden variar dependiendo de las diferencias entre las condiciones de operación del proceso.

La composición de las vinazas llega a tener hasta un 95% de agua y un 5% de sólidos totales, lo que incluyen compuestos orgánicos suspendidos y disueltos. Los primeros dos tipos de sólidos se relacionan con materia orgánica, mientras que el último tipo se refiere a sustancias minerales. Al momento de que este residuo es vertido al suelo sin tratamiento, tiene como resultado efectos fitotóxicos para el crecimiento de las plantas sensibles a la salinidad y nocivo para los microorganismos del suelo como las micorrizas. Las vinazas resultan nocivas por el pH ácido, alta concentración de sales, fenoles, compuestos aromáticos, alcoholes, ácidos orgánicos, furanos, alcanos, aldehídos, ésteres, cetonas y pirones. También elementos como calcio, fósforo, magnesio, nitrógeno y azufre.

Es esencial analizar cuidadosamente la posible fitotoxicidad de las vinazas en diferentes concentraciones cuando se emplean como suplemento nutricional en cultivos. Los bioensayos de germinación en semillas ofrecen indicadores de la respuesta ante sustancias tóxicas contenidas en los residuos, lo cual puede inhibir o estimular puntos de crecimiento vegetal y elongación o disminución de la raíz. Al respecto, y con el fin de determinar el potencial del digestato procedente de precipitados del vino para su uso como fertilizante agrícola, se evaluó su fitotoxicidad en macrófitas dicotiledóneas y monocotiledóneas, y determinaron la fitotoxicidad de fenoles en lechuga, liberados por Myriophyllum aquaticum (Vell.) Verdc. en agua, con efecto estimulante u hormesis en la elongación radical de esta especie. También, el efecto fitotóxico en lechuga del digestato de un biodigestor alimentado con estiércol de bovino y residuos de cosechas de tomate. Mientras que al evaluar la calidad del agua de un río contaminado con aguas residuales municipales mediante un ensayo de fitotoxicidad en lechuga se encontró que la elongación radicular fue mayor ante altas concentraciones de nutrientes, pero la germinación fue inhibida por la presencia de nitrógeno amoniacal. La fitotoxicidad de vinazas del vino en ajo, lechuga, berro, tomate, frijol, y maíz se encontró que concentraciones de vinazas superiores al 20% fueron tóxicas.

Efectos fitotóxicos a partir de las vinazas del mezcal en semillas de hortalizas.

Las semillas tuvieron comportamientos diferentes en el índice de toxicidad, las de lechuga fueron las más afectadas, seguidas del tomate y el pepino. Para la lechuga, la afectación se tuvo con 2.5% de vinaza, mientras que, para las vinazas, se debe al elevado contenido de sales, que impiden la imbibición de las semillas por la presión osmótica que ejercen en el medio, por lo que el embrión puede tardar más tiempo en activar enzimas como la arginina, encargada de romper la latencia. Sin embargo, en pepino la activación de arginina se incluso ante el estrés por salinidad, lo cual es clave para formar enzimas que hidrolizan carbohidratos, lípidos y proteínas presentes en los cotiledones, que nutren a la plántula en su etapa pre-autótrofa. Por otro lado, la tolerancia a la salinidad es menor en semillas de lechuga, lo cual explica las diferencias en los valores de los índices de germinación y elongación radical.

Las vinazas representan un residuo con un alto potencial para su aplicación en biotecnología, especialmente como medios nutritivos en fermentaciones con bacterias lácticas, debido a su costo reducido. Al contener un alto nivel de azúcares favorece el ambiente para el crecimiento de los lactobacillus. Al igual, presenta un alto contenido de fibra, lo que convierte a las vinazas en una opción prometedora, ya que, al someterlo a los procesos químicos adecuados, se abre la posibilidad de aprovechar sus componentes de manera óptima. Además, al tener un alto nivel de fructosa lo convierte en un recurso interesante para la producción de aditivos alimentarios, particularmente edulcorantes, beneficiando especialmente a las personas diabéticas, ya que, al ser más dulce que la sacarosa, se requiere una menor cantidad por porción.

A lo largo de las últimas tres décadas, se han llevado a cabo una serie de investigaciones que exploran la aplicabilidad de la biotecnología en el tratamiento de residuos con alta demanda química de oxígeno (DQO). Estos estudios han generado una variedad de resultados intrigantes y valiosos para el campo científico; como los procesos aerobios con los cuales se logra una alta remoción del contenido orgánico, pero tiene como resultado la formación y acumulación de lodos, generando otro impacto ambiental. Luego están los procesos anaerobios, que si bien la eficiencia en la remoción de la materia orgánica no es tan alta como en los anteriores (70-80%), tienen una baja producción de lodos, pero presentan la formación de un gas compuesto principalmente por CH4 y CO2 (biogás), siendo una fuente alternativa de energía para la industria.

El tratamiento adecuado de las vinazas es importante para el cuidado del medio ambiente. Este residuo generado por procesos industriales puede causar daños significativos si no se manejan correctamente. La contaminación de suelos, mantos acuíferos, junto con la emisión de gases de efecto invernadero, son consecuencias directas de las vinazas sin tratar. Sin embargo, se esta buscando implementar técnicas innovadoras de tratamiento para la mitigación de los impactos negativos, sino que también el problema ambiental se convierte en una oportunidad. Las vinazas tratadas pueden convertirse en valiosos recursos, como fertilizantes orgánicos y biogás, promoviendo así la sostenibilidad y la conservación del entorno natural

¿Y tu qué opinas sobre el tratamiento de las vinazas, la industria licorera y su impacto en el medio ambiente?

Referencias:

• García, A. y Rojas, C. (2006). Posibilidades de Uso de la Vinaza en la Agricultura de Acuerdo con su Modo de Acción en los Suelos. Nota técnica - Tecnicaña. Colombia
• Ibarra Camacho, R., y León Duharte, L. (2018). Caracterización químico-física de vinazas de destilerías. Ciencia en su PC, 1 (2), 1-13.
• Lezcano, P. y Mora P. L. M. (2006). Las vinazas de destilería de alcohol. Contaminación ambiental o tratamiento para evitarlo. La Habana, Cuba: Instituto de Ciencia Animal.
• Martínez-Castillo, L.M. Bustos-Vázquez. M.G., Trujillo-Ramírez. D., Rodríguez-Castillejos. G. G., y Castillo-Ruiz. O. (2023). Caracterización de vinazas de la industria tequilera para su uso como medios nutritivos económicos en fermentaciones con bacterias lácticas. Vol. 8, núm. 796-801.