La presente invención se refiere al área de fertilizantes y fortificantes destinados a distintos cultivos y plantas. Más precisamente la obtención de fortificantes fertilizantes a partir del agua de levadura de cerveza de muy baja concentración proteica.

En particular se refiere también al área de la protección medioambiental al disminuir el vertido de productos dañinos al medio ambiente, como dicha agua de levadura de cerveza, que pueden desencadenar fermentaciones incontroladas en el medio ambiente.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

Son conocidas algunas referencias que en cierta forma están relacionadas con el tema de interés. El documento CN101209944 prepara por fermentación un fortificante y fertilizante en el que emplea, entre otros, un lodo residual de la producción de cerveza, así como residuos de origen vegetal y otros residuos orgánicos. No representa interés excepto el uso de la levadura de cerveza en la fermentación de residuales de vegetales. Es conocido del documento CN1217307 el empleo del agua residual de la producción de cerveza en la preparación de un fertilizante de follajes de plantas. El agua se acidifica a pH bajos 1 ,5-2,5, se le añaden KN0 ₃ , NH ₄ N0 ₃ , KH ₂ P0 ₄ , MgS0 ₄ , H ₃ B0 ₃ , Na ₂ -EDTA, ZnS0 ₄ , CuS0 ₄ , MnS0 ₄ , Kl, CoCI ₂ , y pueden prepararlo antes o después de la fermentación de la cerveza. Más bien se emplea como una simple mezcla a las que se añaden elementos conocidos K, N, P y elementos trazas, en la que al utilizarla disminuye la cantidad vertida de este residual contaminante y se logra su aprovechamiento como fertilizante de amplio espectro de aplicación.

La patente US6.042.629 describe un procedimiento que utiliza disoluciones residuales de limpieza de la fermentación de cervezas. Primeramente emplea soluciones alcalinas de potasio, y posteriormente soluciones ácidas de nitrógeno y/o fósforo. Estas disoluciones dan una disolución fertilizante que contiene sales de potasio, nitrógeno, materiales orgánicos, residuos y materiales arrastrados de la fermentación. El documento P2329750 describe un procedimiento para obtener un producto fertilizante a partir de los residuos de la fabricación de la cerveza, caracterizado porque comprende las etapas de:

(a) someter los residuos a tratamiento alcalino a un pH de 10,5-13 seguido de filtración para obtener una disolución proteica;

(b) someter la disolución proteica obtenida en la etapa (a) a tratamiento ácido a un pH de 2,5-4,5 seguido de filtración para obtener un concentrado proteico; y

(c) someter a hidrólisis el concentrado proteico obtenido en la etapa (b) para obtener un producto fertilizante.

Una solicitud previa del solicitante ES2088826 describe un procedimiento de obtención por fermentación de las diaminas putrescina y cadaverina a partir de residuos o subproductos tratados de difícil eliminación ecológica, y su uso posterior como aditivo en abonos, y el abono correspondiente. Sin embargo, esta solicitud fue dirigida al aprovechamiento de los residuos procedentes de la industria farmacéutica o de la industria de la biotecnología. Es conocido que tales residuos procedentes de cultivos microbianos y de cultivos celulares muy ricos en proteínas sin tratamientos costosos pueden ser dañinos al medio ambiente.

Sin embargo, se echan en falta trabajos que realicen un aprovechamiento económicamente viable de residuos diluidos del proceso de producción de cervezas. Una vía adecuada para el aprovechamiento integral de residuos con una muy baja concentración de proteínas es la fermentación de los mismos. La presente solicitud se orienta a la fermentación de estas aguas de cerveza y su conversión en productos útiles como fortificantes y fertilizantes para cultivos y plantas. La solución parece ser la fermentación de estas aguas y su conversión en productos útiles como fortificantes y fertilizantes para distintos cultivos y plantas. Aunque hay algunas referencias sobre el uso de las levaduras residuales, es decir, los lodos, provenientes de la fermentación de cervezas y otros productos, sin embargo están dedicados a la fermentación de productos naturales con altos contenidos proteicos. Por otro lado, no hay trabajos dedicados a la fermentación directa de estas aguas residuales de la producción de cervezas que presentan muy bajas concentraciones proteicas. De hecho, tampoco se encuentran referencias dedicadas a la obtención de la triamina espermidina y la tetramina espermina que de estar presentes podría aportar una significativa potenciación de las propiedades fortificantes y fertilizantes de los productos de la fermentación, potenciación debida a un eventual sinergismo por la presencia conjunta de las diferentes poliaminas. OBJETO DE LA INVENCIÓN

Un primer objeto de la invención es la obtención de un fortificante mejorado a partir de la fermentación directa de aguas residuales de la producción de cervezas de muy baja concentración proteica. Este fortificante mejorado es un producto biológico que se puede emplear en tratamientos agrícolas para mejorar el crecimiento, la floración y los rendimientos de los cultivos tanto en aplicación en floricultura como en horticultura, plantas aromáticas, plantas y árboles ornamentales, y árboles frutales.

Un segundo objeto de la invención es la obtención de un fortificante mejorado que en su composición conste de la triamina espermidina y la tetramina espermina gracias a las que la acción fortificante podría ser sustancialmente superior debido al sinergismo de la presencia conjunta de dichas poliaminas.

Un tercer objeto de la invención es la obtención de un fortificante mejorado que no represente ningún peligro para el medio ambiente. Fortificante que no sature, ni sobrecargue el subsuelo y sea compatible con productos de naturaleza orgánica. Esto supondría el beneficio adicional de disminuir el impacto sobre el medio ambiente de las aguas residuales de la producción de cerveza que son transformadas en un producto beneficioso en lugar de ser vertidas directamente al medio ambiente.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Se obtiene un fortificante mejorado a partir del agua residual con bajo contenido proteico de la levadura de cerveza. Se obtiene un producto valioso para su empleo en diferentes cultivos tales como: plantas ornamentales, plantas aromáticas, cultivos de hortalizas, césped y árboles. Así, se reduce el impacto medioambiental negativo de un agua residual como es la de la industria de cervezas.

El proceso da como consecuencia un producto con un contenido significativo de poliaminas, en particular se obtienen las diaminas putrescina y cadaverina, la triamina espermina y la tetramina espermidina. Para la obtención de las poliaminas, son aminoácidos imprescindibles los aminoácidos: Arginina (ARG), Lisina (LYS), Ornitina (ORN) y Metionina (MET).

Las reacciones de transformación de los aminoácidos mencionados a poliaminas, se realiza mediante una sola incubación con microbios naturales presentes en el medio ambiente, tales como: Enterobacter Aerogenes, Enterobacter Gergoviae, Hafnia Alvei, Serratia Marcescens, Kluyvera Ascorbata y Obesumbacterium Proteus. Se determinó luego de ensayos de diferentes modos de reacción que una vez iniciada la incubación y obtenidas las poliaminas putrescina y cadaverina, es imperativo adicionar a la mezcla obtenida el aminoácido Metionina (MET) y el catión magnesio (Mg++).

Se ha descubierto que la presencia de estas dos diaminas putrescina y cadaverina activa la síntesis de nuevas poliaminas como la espermina y la espermidina que son poliaminas reguladoras del crecimiento, floración y elongación celular en el reino vegetal. El efecto sinérgico de la acción conjunta de la putrescina y de la cadaverina, mencionado en la patente anterior del solicitante Agustí Salavert, solicitud ES2088826 de 1995, se ve significativamente potenciado luego de la adición de la metionina y magnesio (Mg++) debido a la presencia de la espermina y la espermidina. La presente invención permite obtener un producto con unas propiedades inmejorables donde se reúne la acción sinérgica conjunta de las cuatro poliaminas.

La baja concentración de NPK, a valores inferiores al 3% en total, el origen orgánico del producto y el proceso natural de fermentación posterior, abre su aplicación a cultivos ecológicos. Es necesaria la presencia de una determinada concentración de proteínas para mantener la estabilidad de las poliaminas mencionadas en disolución aunque es significativamente baja. Este efecto se ve favorecido por la formación de complejos proteicos y quelantes con la Etilendiamina (EDTA) presente.

La obtención del Fortificante Mejorado se realiza mediante una única incubación en agua de cerveza. Se utiliza como materia prima el subproducto procedente de la fermentación de la cerveza y un producto de aminoácidos. Se mezclan la disolución acuosa de levadura, malta, los aminoácidos y extractos orgánicos residuales obtenidos durante el proceso de fabricación de la misma.

La obtención consta de las siguientes etapas Recepción del producto:

Se recibe el producto procedente de la fermentación de la cerveza, dosificado directamente en bidones de 1 .000 litros. Una vez recibidos los bidones, se dejan en reposo, a temperatura ambiente, un mínimo de 48-72 horas para favorecer la sedimentación de los compuestos no solubles que llegan de origen.

Filtrado:

Posteriormente se realiza una filtración para eliminar la mayor parte del precipitado en suspensión. Para ello se utiliza un equipo de filtración con un filtro de tamaño de poro de 80 μι ι.

Tratamiento magnético del líquido:

El filtrado obtenido anteriormente es sometido a tratamiento magnético en un equipo provisto de cristales de cuarzo con incrustaciones de oro. Este tratamiento actúa sobre el líquido, homogeneizando la disolución y favoreciendo la fermentación.

Preparación de la fermentación:

Se efectúa el control y ajuste del pH inicial a 5,9-9,0 con 0,1 -20 g/l de disolución amortiguadora de fosfato. Se adicionan 10-20 g/l de glucosa y posteriormente se adiciona una suspensión de microbios.

Adición de aminoácidos:

Se añade al líquido una disolución de aminoácidos con el fin de regular la concentración de aminoácidos libres de la mezcla. Estos aminoácidos deben constar en su composición de Lisina, Metionina, Ornitina, Arginina, Glutamina, Homoarginina y Citrulina, en concentraciones superiores al 0,1 % de cada uno de ellos.

Otros factores:

Se debe mantener una concentración de proteínas entre 0,5% y 1 ,0% y entre 0,02% y 0,2 % de EDTA, expresadas ambas como materia seca.

Fermentación:

Una vez homogeneizada la mezcla, se colocan los bidones de 1 .000 litros en la sala de temperatura controlada entre 15 y 40 ^e C. La mezcla permanece en estas condiciones un tiempo entre 2 y 60 días. Durante este período se produce un proceso de fermentación natural acelerada de los componentes residuales procedentes de la cerveza. Control de la fermentación v control del pH:

El seguimiento del proceso se realiza por la reducción progresiva del pH. El final del periodo de fermentación se establece en el intervalo de pH 5,0- 6,0. Con ello se asegura el correcto estado de maduración de la levadura y presencia de los aminoácidos.

Filtrado final:

Al finalizar el proceso de fermentación, se realiza un nuevo filtrado con otro filtro de tamaño de poro de 80 μηι para eliminar las impurezas resultantes de la fermentación y estabilizar el producto final.

Dosificación y Embotellado:

Finalmente se dosifica, se etiqueta y se envasa para su venta.

En resumen, el procedimiento consta de las siguientes operaciones:

a) Filtrado con un filtro de 80 μηι.

b) Tratamiento magnético del líquido

c) Adiciones al líquido para la fermentación:

0,1 -20 g/l de fosfato para un ajuste inicial de pH entre 6,5-8,0; adición de 10-20 g/l de glucosa, y

suspensión de microbios.

d) Asegurar que en el medio exista un contenido superior al 0,1 % (en materia seca) de cada uno de los aminoácidos libres claves en el proceso de incubación, Ornitina, Metionina, Arginina, Usina, Glutamina, Homoarginina y Citrulina, además de la presencia de magnesio como catión Mg ⁺² .

e) Asegurar concentraciones muy bajas de nitrógeno, fosfato y potasio que en su conjunto no deben sobrepasar el 3% en total de la mezcla.

f) La concentración de proteínas debe oscilar entre 0,5% y 1 ,0% en materia seca para facilitar la formación de complejos proteicos y quelantes.

g) Efectuar una única fermentación con glucosa como único sustrato ambiental, y mantener la temperatura en el intervalo de 15-40 ^e C, efectuando un continuo movimiento suave de la suspensión.

h) Prolongar la incubación preferentemente entre 24 horas y 30 días según el grado de concentración de los componentes finales deseados.

i) Someter la suspensión a una segunda filtración por 80 μηι.

j) Efectuar un segundo control de pH ajustándolo entre 5,0- 6,0. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Las Figuras 1 a y 1 b presentan ejemplos de esquejes de producción convencional y con adición del fortificante respectivamente, cultivados en paralelo durante 5 semanas.

La Figura 2a presenta los esquejes tratados con adición del fortificante que se encuentran en la bandeja delantera y en la Figura 2b se encuentran en la bandeja de la derecha. La Figura 3a presenta los grupos de esquejes tratados con adición del fortificante, y la Figura 3b presenta los no tratados.

En la Figura 4 se muestran los esquejes de geranio tratados con adición del fortificante. En la Figura 5 se presentan las diferencias en crecimiento de las raíces al aplicarse el fortificante en plantas de Dimorfoteca en crecimiento.

En la Figura 6 se muestra el aspecto general de las plantas de Dimorfoteca tratadas antes de florecer.

En la Figura 7 se presenta la acción del fortificante en plantas de Dimorfoteca en crecimiento.

En la Figura 8 se presentan las diferencias en el vigor y la floración de las plantas de Dimorfoteca tratadas. MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

Obtención del fortificante

Se colocan 900 litros de líquido en un bidón de 1000 litros de capacidad. Se deja sedimentar durante 48 horas. Se filtra el líquido a través un filtro de tamaño de poro de 80 μηι y se pasa a través de un equipo de tratamiento magnético. Se añaden 50 litros de aminoácidos concentrados al 10%, para obtener una concentración total del 1 % de aminoácidos en la disolución. Se adicionan 25 litros de la disolución de glucosa de concentración de 0,4 kg/l y 25 litros de una suspensión de 10 ⁸ microbios/ml. Se fermenta en una sala a temperatura controlada de 30 ^e C durante 45 días. Al finalizar la fermentación se hace un control de pH y se vuelve a pasar por un filtro de tamaño de poro de 80 μηι. Se define el producto como acabado para pasar al embotellado.

Con el producto final resultante de esta misma fermentación, se hicieron los siguientes estudios con los resultados a continuación. Planta aromática - Menta

Estudio realizado en un vivero ecológico de plantas aromáticas con la finalidad de determinar el resultado final en los esquejes de menta después de la aplicación del fortificante directamente en las plantas madres.

Comparación del crecimiento de los esquejes provenientes de plantas tratadas con adición del fortificante y las plantas que no. Se eligieron 20 plantas madre de esta variedad, se les aplicó el riego y la disolución fertilizante convencional además de una disolución de fortificante. Al cabo de 1 mes se empezó a controlar los esquejes salientes de éstas y fueron comparados con la producción de menta convencional del vivero.

Los esquejes provenientes de las plantas tratadas con adición del fortificante presentaron las siguientes características:

- Mayor tamaño de los esquejes y crecimiento más rápido (se ganaron 5 días de vivero).

- Mayor cantidad y tamaño de las raíces.

- Color más intenso.

- Mayor índice de supervivencia de los esquejes.

Incremento de más del 30% de la masa biológica de la planta.

En la Figura 1 a (producción convencional) y la Figura 1 b (con adición de fortificante) se presenta el ejemplo de los diferentes esquejes obtenidos cultivados en paralelo durante 5 semanas. Se puede apreciar que los esquejes provenientes de plantas tratadas con adición del fortificante, tenían un tamaño mayor, un mayor volumen y tamaño de las raíces.

En las Figuras 2 se compara el aspecto de los esquejes tratados con adición de fortificante. En la Figura 2a en la bandeja delantera y Figura 2b bandeja de la derecha (los tratados con fortificante) se comparan con el ejemplo respectivo de los esquejes sin tratar. Los esquejes tratados con adición del fortificante presentaban mayor vigor y la producción y venta de los esquejes se adelantaba casi una semana. En los esquejes tratados con adición del fortificante no había mermas, mientras que la producción convencional del vivero tenia entre un 3 y 10% de perdidas según el caso, así con los tratados se conseguía una producción sin bajas. Se uniforma el crecimiento. Se puede concluir que se obtenían un mayor volumen y tamaño de los esquejes tratados con adición del fortificante. En las Figuras 3 se presentan los tamaños obtenidos en centímetros logrados en las muestras tratadas con adición del fortificante Figura 3a, y sin adición Figura 3b. Los grupos de esquejes de la izquierda son los tratados con adición del fortificante. Como se puede observar su altura y vigor es superior. Con el mismo tiempo de crecimiento, los esquejes tratados superaron en 2 y 3 cm la altura media de los esquejes no tratados. Es muy evidente la diferencia en tamaño lograda gracias al empleo del fortificante.

Después de realizar el cultivo se recolectaron un número de esquejes como muestra representativa y se determinó la masa biológica de las plantas madres tratadas con adición del fortificante y las que no. En la tabla a continuación se presentan los resultados obtenidos.

Incremento de la masa biológica

Ensayo en judías de la variedad Santa Pau

Los resultados presentados han sido en la experimentación y prueba del fortificante en plantas de judías de la variedad Santa Pau. El estudio se realizó con una muestra de 143 plantas. Todas las plantas fueron abonadas igual, en este caso con un fertilizante granulado convencional que se mezcló con la tierra. A partir de aquí, una parte de las plantas se regaron además con el producto fortificante, dejando la otra parte como control tratado solamente con el fertilizante convencional.

Se realizaron ensayos con adición del fortificante en diferentes concentraciones. La concentración recomendada según los protocolos del producto se le denominó 1 ,0, correspondiente a una concentración de 1 ,0 ppm de poliaminas y a partir de ésta se definieron los siguiente valores inferiores y superiores: 0,25 - 0,5 - 1 ,5 - 2,0. Se realizó el cómputo del número y peso de las vainas llenas por planta, y también del número y peso de las judías extraídas de las vainas por planta.

Se obtuvieron los siguientes resultados:

En la tabla 1 se presenta el peso de las judías por planta donde se obtiene un incremento óptimo de 40-44% respecto al control para un valor de dosis de 1 ,0.

Tabla 1

En la tabla 2 se presenta el número medio de judías por planta, donde se obtiene incremento óptimo de 33% respecto al control para un valor de dosis de 1 ,0.

Tabla 2

En la tabla 3 se presenta el peso medio de las vainas por planta donde se obtiene un incremento óptimo de 44% respecto al control para un valor de dosis de 1 ,0.

Tabla 3

Peso medio de las vainas por planta

Peso Incremento respecto

Peso (gramos)

(gramos) al control

Control 10,7

Tratamiento dosis 0.25 1 1 ,5 8 %

Tratamiento dosis 0.5 13,4 25 %

Tratamiento dosis 1 ,0 15,4 44 %

Tratamiento dosis 1 .5 13,8 29 %

Tratamiento dosis 2 14,2 32 % En la tabla 4 se presenta el número medio de vainas por planta, donde se obtiene un incremento óptimo de 24% respecto al control para un valor de dosis de 1 ,0.

Tabla 4

En la tabla 5 se presenta el peso medio de cada vaina, donde se obtiene un incremento óptimo de 17% respecto al control para un valor de dosis de 1 ,0.

Tabla 5

Al aplicar diferentes concentraciones del fortificante, en general hubo un aumento significativo tanto del número como el peso de las vainas por planta, así como también en el número y el peso de las judías por planta.

Planta ornamental

El objeto de la prueba era observar las diferencias en crecimiento y floración de la producción convencional del vivero con la misma producción convencional más adición de una disolución del fortificante. El estudio se llevó a cabo en un vivero de planta ornamental. Actualmente es uno de los mayores productores de plantas ornamentales del Maresme. Se trataron 2 variedades de esquejes y 5 variedades de plantas. Esquejes:

Se trataron esquejes de Geranio Villa de Paris y Claveles. En los dos casos 600 unidades de cada uno. Se les aplicaron 3 riegos con adición del fortificante, 1 riego semanal durante 3 semanas a disolución 1 /200 vol/vol. En la Figura 4 se muestran dos fotos de los esquejes tratados con adición del fortificante. En las dos variedades el resultado fue el mismo, se adelantó el crecimiento de los esquejes. Salieron una semana antes del vivero comparado con el convencional. Plantas:

Se trataron con adición de fortificante un total de 380 plantas de diferentes variedades, éstas tenían un tiempo de 5 semanas de vida y se les realizaron 6 aplicaciones. Fueron ensayadas las siguientes variedades:

- Geranio Villa de París: 80 unidades.

- Geranio doble flor: 25 unidades.

- Claveles: 70 unidades.

Dimorfoteca: 145 unidades.

Planta del dinero: 30 unidades.

- Zonal: 30 unidades.

Las aplicaciones se realizaron a dilución 1 /200 en el siguiente orden:

Durante la prueba se valoró el crecimiento y la floración. Entre la tercera y la cuarta aplicación ya se notó el cambio. En general, todas con excepción de la Planta del Dinero presentaron un vigor más importante. En éstas se notó un incremento del vigor y la floración, en general de entre un 10 y 20% de incremento del tamaño según el caso. Presentaban también mayor cantidad de raíces y número de flores. Por su parte, la planta del dinero presentó un incremento en el número de ramas.

Ensayo en geranios.

En la Figura 4 se presentan los esquejes de geranio tratados con adición del fortificante, los que se adelantaron a la producción convencional del vivero entre 5 y 7 días. Su crecimiento fue superior y más rápido. Ensayo en Dimorfoteca.

En la Figura 5 se muestran los resultados obtenidos en las plantas tratadas con adición de fortificante, las que presentaron una mayor cantidad de raíces. La planta de la derecha es la planta tratada con el fortificante y como se puede observar las raíces son más numerosas y suben hasta más arriba dentro del tiesto. En la Figura 6 se muestra que las plantas tratadas presentan mucho vigor y mayor número de hojas por brote y capullos a punto de florecer.

En la Figura 7 se presenta la acción del fortificante en plantas de Dimorfoteca en crecimiento. A la izquierda en ambas fotos se presenta la maceta correspondiente a las plantas tratadas con adición de fortificante. La aplicación del producto dio como resultado un tamaño superior de éstas entre un 10 y 20%, con una mayor velocidad de crecimiento y vigor. En la Figura 8 a la derecha en ambas fotos se presenta la maceta correspondiente a las plantas tratadas con adición del fortificante. Las plantas de Dimorfotecas tratadas presentan un mayor vigor y una floración superior. Entre un 10 y 30% más de flores según el ejemplar analizado.

SUMARIO Así, en la presente invención se ha logrado la fermentación directa de aguas residuales de muy bajas concentraciones proteicas, provenientes de la producción de cervezas. El aprovechamiento de estos residuales al eliminar su vertido al medio ambiente conlleva la correspondiente disminución de su impacto ambiental. Es de resaltar que también se han logrado los objetivos de obtención dentro de la composición del fortificante de la triamina espermidina y tetramina espermina; de obtención así de un fortificante mejorado, y la constatación de su acción eficaz en diversos cultivos.

Una vez descrita suficientemente la invención, así como una realización preferente de la misma, como ejemplo y sin carácter limitativo, sólo debe añadirse que es posible realizar modificaciones en su constitución y materiales empleados sin apartarse del alcance de la misma, definido en las siguientes reivindicaciones.