Desarrollo del concepto de economía circular en una granja de insecto ‘Tenebrio molitor’

La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) publicó, a principios de 2021, la primera evaluación completa de un producto alimenticio derivado de insectos como nuevo alimento. 

De esta manera abría la puerta a la comercialización para consumo humano de Tenebrio molitor, o gusano de la harina, tanto el insecto completo (larva) seco como en forma de polvo.  

Introducción

Las granjas de insectos son explotaciones que no generan un gran impacto en el medioambiente. 

Sin embargo, sí que generan una cantidad importante de subproductos como el estiércol de insecto, que es conocido como frass, y los insectos en la fase adulta (escarabajos). 

El frass está formado por una mezcla de los excrementos del insecto, junto con restos de exoesqueletos del insecto y restos de comida que no utiliza. 

Actualmente, este subproducto puede usarse como abono debido a su balanceado contenido en N, P y K. 

En la granja Galinsect han estimado la cantidad de frass que se llega a producir por kilogramo de larva, y se alcanza una cantidad de 2-2,5 kg de frass por cada kg de larva producida. 

A pesar de poder aplicarse como abono, sería interesante encontrar nuevas aplicaciones a este producto. 

Y es ahí donde el proyecto BIOPROINSECT quiere utilizar este abono para producir proteasas, estas enzimas serán necesarias para utilizar en otra etapa del proyecto.

Otro de los subproductos que son generados durante la cría de larvas de T. molitor son los insectos adultos (Escarabajos). Estos insectos no son comercializados como alimento debido a que presentan un alto contenido en quitina (aproximadamente un 20%). 

La quitina es un polímero que los seres humanos no podemos degradar cuando la ingerimos. 

La función de los escarabajos en la granja de T. molitor es la producción de huevos para obtener nuevas larvas 

La cantidad de escarabajos que se producen en una granja puede ser alrededor de un 15 %. 

El proyecto BIOPROSINECT quiere desarrollar una tecnología limpia para conseguir separar la quitina de la proteína a través del tratamiento con enzimas (proteasas). 

Sin embargo, el coste económico de estas enzimas es muy elevado. Por este motivo en BIOPROINSECT queremos producir nuestras propias enzimas utilizando subproductos de la propia granja.

Caracterización del abono de insecto

Ha sido caracterizada la composición del abono de insecto (frass) producido por las larvas de T. molitor, cuyo resumen se muestra en la Figura 1. 

El objetivo de esta caracterización es observar el potencial que podría tener este subproducto en procesos biotecnológicos. 

El abono de insecto mostró un alto contenido en polisacáridos, estos polisacáridos proceden de la comida que no han podido digerir las larvas de T. molitor. 

Además, también se vio un contenido elevado en proteína, esta proteína tampoco fue utilizada por el insecto para su crecimiento. La cantidad de lípidos es mínima, por lo que estos insectos consiguieron metabolizar los ácidos grasos presentes en su dieta. 

El contenido en cenizas nos indica la presencia de minerales en el abono de insecto, estos minerales son importantes para poder ser un abono de calidad. 

De todos los minerales analizados, el nitrógeno y el potasio fueron los que tuvieron una mayor concentración; otros minerales detectados fueron Mg, Na, Fe, Zn, Mn y Cu. 

Figura 1. Composición del abono de T. molitor.

Utilización de abono de insecto en procesos biotecnológicos

El proyecto BIOPORINSECT ha propuesto utilizar el abono de insecto como sustrato para la producción biotecnológica de enzimas mediante fermentación en estado sólido. 

Esta tecnología es considerada de bajo impacto ambiental debido a que tiene un bajo consumo de energía y agua y no se generan corrientes residuales contaminantes

El proceso de fermentación se realiza fundamentalmente con hongos filamentosos. Estos son los principales microorganismos que pueden crecer en condiciones de baja humedad como las que se alcanzan en la fermentación en estado sólido. 

Los hongos van a utilizar los nutrientes presentes en el sustrato y transformarlos en productos de alto valor añadido como son las enzimas. 

Debido al alto contenido en polisacáridos y proteína que mostró el abono de insecto, los hongos van a poder utilizar estos nutrientes y crecer para producir proteasas.

En la fermentación en estado sólido es necesario optimizar diferentes variables como el tipo de hongo que se utiliza, la cantidad de humedad del sólido, la adición de nutrientes extras, la temperatura y el tiempo de la fermentación

En este estudio hemos optimizado todos estos parámetros para maximizar la producción de proteasas. Además, se han desarrollado condiciones que puedan ser fácilmente transferibles del laboratorio a la granja de insectos.

Figura 2. Fermentación en estado sólido del abono de insecto en reactor de bandejas.

El proceso de producción de proteasas se ha optimizado a pequeña escala en el laboratorio de Biotecnia (10 g) y una vez seleccionado las condiciones de fermentación óptimas se ha realizado el escalado y la implantación de la tecnología en la granja de insectos. 

El hongo que ha mostrado una mayor producción de proteasas fue del género Aspergillus, la temperatura y el tiempo de fermentación fue de 25 ºC y 7 días

Las condiciones de humedad del abono de insecto fueron alrededor del 60 %. Al acabar la fermentación las enzimas son recuperadas mediante una extracción con agua.

Para diseñar el escalado del proceso se ha tenido en cuenta la infraestructura de la granja de insectos. 

La producción de insectos se realiza en bandejas de plástico, por lo que el escalado de la fermentación en estado sólido se ha realizado en estas mismas bandejas que la propia granja ya tiene diseñadas. 

Estas bandejas se llenaron con 400 o 500 g de abono, se añadió agua para alcanzar una humedad del 65 % y, a continuación, se inoculó el hongo Aspergillus. 

Figura 3. Extracto enzimático de la fermentación del abono de insecto.

La temperatura que se usa en la cría de insectos es de aproximadamente 25 °C, esta temperatura es la necesaria para el crecimiento de los hongos y la producción de proteasas. 

Por este motivo, la temperatura ya está controlada dentro de la granja para poder realizar la fermentación en sus instalaciones. 

Al cabo de 7 días de fermentación, se llevó a cabo la extracción de las enzimas con agua. 

El extracto líquido enzimático se liofilizó para obtener un extracto enzimático en polvo (Figura 3), el cual es utilizado en otra etapa del proyecto y podría tener potencial para ser comercializado.

El escalado de la fermentación en estado sólido del abono de insecto para producir proteasas ya se ha llevado a cabo con éxito en la granja de insectos Galinsect

Se ha conseguido obtener un extracto enzimático con una alta actividad proteasa, alrededor de 3000 U/g de extracto. 

El rendimiento del proceso también fue muy interesante alcanzando 180 g de extracto enzimático por cada 1.000 g de abono de insecto tratado. 

Además, el sólido restante de la fermentación puede seguir siendo utilizado como abono. 

El contenido en minerales del abono fermentado se va incrementado, ya que el hongo al consumir parte de los polisacáridos y la proteína, reduce estos componentes y queda enriquecido en minerales.

Figura 4. Imagen del proyecto Bioproinsect.

Financiación

Este proyecto está financiado por la convocatoria de ayudas para el apoyo de proyectos piloto, desarrollo de nuevos productos. Prácticas, procesos y tecnologías en el ámbito agroforestal, cofinanciadas con el Fondo Europeo Agrícola de Desarrollo Rural (FEADER), en el marco del Programa de desarrollo rural (PDR) de Galicia 2014-2020. 

La Consellería do Medio Rural es el órgano de la Administración gallega al que le corresponde proponer y ejecutar las directrices generales en el ámbito rural y engloba las competencias en materia de agricultura, ganadería, desarrollo rural y ordenación comarcal, estructuras rurales, industrias agroalimentarias y forestales, montes y prevención y defensa de los incendios forestales.