FACTORES QUE AFECTAN CONCENTRACIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO EN EL AIRE INTERSTICIAL DE TRIGO ALMACENADO EN BOLSAS PLÁSTICAS HERMÉTICAS

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1 FACTORES QUE AFECTAN CONCENTRACIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO EN EL AIRE INTERSTICIAL DE TRIGO ALMACENADO EN BOLSAS PLÁSTICAS HERMÉTICAS Juan Rodriguez 1, Ricardo Bartosik* 1, Leandro Cardoso 1, Diego Crocce 2 1 Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Ruta 226 km 73,5, Balcarce (7620), prov. Buenos Aires, Argentina [*rbartosik@balcarce.inta.gov.ar] 2 Estudiante de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Mar del Plata. Ruta 226 km 73,5, Balcarce (7620), prov. Buenos Aires, Argentina Resumen En el año 2007 en Argentina, aproximadamente 35 millones de toneladas de grano fueron almacenadas en sistemas herméticos de almacenaje (silo-bolsa), y cerca de 5 millones de toneladas correspondieron a trigo. El trigo almacenado en estas bolsas es mayormente utilizado para la molienda (mercado interno y externo), pero también parte de este es guardado como semilla para ser usado en la siembra de la siguiente campaña. El objetivo de esta investigación fue realizar una serie de experimentos de campo con el fin de identificar los principales factores que afectan la concentración de dióxido de carbono (CO 2 ) y oxígeno (O 2 ), como un indicador de actividad biológica y de las condiciones de almacenabilidad de trigo. Los experimentos consistieron en la determinación de la composición gaseosa del aire intersticial, la calidad comercial del grano, contenido de humedad del grano (H ) y la temperatura del grano de varios silo-bolsas. Los principales resultados indicaron que la concentración de CO 2 en el trigo almacenado en bolsas plásticas herméticas aumentó con la H del grano. Con H inferior al 13% la concentración de CO 2 fue inferior al 5%, cuando el contenido de H del trigo aumenta se alcanza el punto en el que los hongos se activan y la concentración de CO 2 aumentó hasta el 30% con Hº de trigo por encima de 19%. Las bolsas con trigo de buena calidad presentaron menor concentración de CO 2 que las bolsas con mala calidad de trigo para una misma H de grano, lo que implica que la mala calidad del trigo representa mayor actividad biológica, observándose diferencias en la concentración de CO 2 de hasta 7 puntos porcentuales. El efecto de la temperatura promedio del grano en la concentración de CO 2 es sustancial cuando la H del grano se encuentra por encima del 14%. Para bolsas de trigo con H superior a 14% la concentración de CO 2 fue mayor durante la estación cálida que durante la estación fría, y esta diferencia fue hasta de 7 puntos porcentuales cuando la H del trigo se encontraba entre 16 y el 17%. Palabras clave: Calidad de grano, Actividad biológica, Atmósferas modificadas Introducción 1

2 En el año 2007 aproximadamente 35 millones de toneladas de grano fueron almacenadas en sistemas herméticos de almacenaje (silo-bolsa) en Argentina, y cerca de 5 millones de toneladas correspondieron a trigo. El trigo almacenado en estas bolsas es mayormente utilizado para la molienda (mercado interno y externo), pero también algo es guardado como semilla para ser usado en la siembra de la siguiente campaña. Cada bolsa tiene una capacidad aproximada de 200 toneladas de trigo y actualmente existe equipamiento disponible que permite realizar fácilmente el llenado y extracción del grano. Estos silos plásticos son de 60 m de largo, 2,74 m de diámetro y la cobertura plástica está formada por 3 capas (color blanco en su exterior y negro en el interior) con 235 micrones de espesor (Figura 1). Fig. 1. Foto de un silo-bolsa de 200 t de capacidad (60 m de largo y 2.74 m de diámetro). El silo-bolsa es impermeable al agua y conforma una atmósfera gaseosa modificada (oxígeno (O 2 ) y dióxido de carbono (CO 2 )). Esto es resultado de la respiración de los componentes bióticos de la masa de granos (hongos, insectos y grano) que produce un aumento en la concentración de CO 2 y reduce la concentración de O 2. Cuando la actividad biológica es intensa, el grado de modificación en la composición gaseosa típica de la atmósfera (21% de O 2 y 0.033% de CO 2 ) es significativa, llegando a limitar la respiración del grano, hongos (1) y el desarrollo de insectos (2) (3). También se observó que una alta concentración de CO 2 reduce la habilidad de Aspergillus flavus en producir Aflatoxinas. Bartosik et al. (4) resumió las experiencias previas sobre almacenamiento de grano en bolsas, donde se demostró que la temperatura del grano sigue el patrón de la temperatura ambiente a lo largo del año, lo que implica que la temperatura de la masa de granos no revela la actividad biológica dentro del granel. 2

3 El contenido medio de humedad (H ) no cambió de forma significativa durante todo el experimento, tanto para lbolsas con grano seco como para bolsas con grano húmedo. Tampoco se observó estratificación de H en bolsas de trigo. Cuando el grano fue almacenado con H de recibo o inferior, no se observó un decrecimiento en los parámetros de calidad durante 150 días de almacenaje. Sin embargo, cuando el grano fue almacenado con H por encima de recibo, se observó una disminución en algunos parámetros de calidad. El aumento en la concentración de CO 2 fue mayor al final del tiempo de almacenamiento y también fue mayor en las bolsas con grano más húmedo (13.0% de CO 2 con 12.5% de H, y 22.8% de CO 2 con 16.4% de H después de 100 días de almacenamiento). Sobre la base de estas observaciones, los autores plantean la hipótesis que la de medición de gas en la composición del aire intersticial podría utilizarse como un indicador de la actividad biológica en la masa de granos para los sistemas de almacenamiento hermético, y una herramienta para el monitoreo del grano almacenado. Sin embargo, una mejor comprensión de las concentraciones típicas de CO 2 en bolsas de trigo es necesaria para utilizar esta tecnología en el monitoreo del grano almacenado. La concentración de O 2 y CO 2 en el silo-bolsa depende del equilibrio entre la respiración (consumo de O 2 y la generación de CO 2 ), la entrada de O 2 externa al sistema y la pérdida de CO 2 hacia el exterior (Figura 2). Humedad a través de la permeabilidad de plástico o perforaciones Transferencia de calor con el aire y suelo Radiación solar Condensación de humedad Tipo de grano y condición Contenido de humedad Temperatura Tiempo de almacenaje Concentración de O 2 y CO 2 [O 2 ] Materia seca Oxígeno a través de la permeabilidad de plástico o perforaciones Factores que afectan la respiración Respiración: Hongos Insectos Grano Levaduras [CO 2 ] Calor Humedad Dióxido de carbono a través de la permeabilidad de plástico o perforaciones Fig. 2. Diagrama de los principales factores que afectan la respiración de los granos y microorganismos en la bolsa, la relación entre ellos y la concentración final de O 2 y CO 2. 3

4 El movimiento de los gases, entrada y salida de la bolsa, depende del diferencial en la presión parcial del gas y la permeabilidad del sistema (a través de las aberturas en la cubierta plástica, o a través de la permeabilidad natural del material plástico a los gases). El tipo y condición de grano, H, temperatura, tiempo de almacenamiento y concentración de O 2 y CO 2 afectan la tasa de respiración. La temperatura del grano depende de la temperatura inicial del mismo (este efecto es menos importante conforme aumenta el período de almacenaje), la radiación solar, las emisiones de calor por el proceso de respiración y la transferencia de calor de la bolsa con el aire y el suelo (la temperatura del grano aumenta durante la primavera y el verano disminuyendo durante el otoño y el invierno). La H del grano depende de la H inicial del mismo, la entrada de humedad desde el exterior (a través de las aberturas después de una lluvia, roturas o un mal sellado del silo-bolsa), y la humedad liberada por respiración. Además, debido al diferencial de temperatura entre el día y la noche, puede producirse deposición de humedad en las primeras capas del grano, resultando en una zona localizada de grano más húmedo. El objetivo de esta investigación fue estudiar el efecto de la H, la temperatura y la calidad del grano sobre la concentración de CO 2 en bolsas de trigo. Materiales y Metodos Los ensayos se llevaron a cabo en plantas de acopios y campos del sudeste de la provincia de Buenos Aires, Argentina, a través de tres estaciones de almacenamiento (desde enero de 2006 a mayo de 2008). La mayoría de las bolsas de trigo se llenaron en diciembre y enero y el grano fue almacenado hasta junio o julio. Sin embargo, en una pequeña proporción de bolsas se almaceno grano durante más de un año. Para cada bolsa se establecieron 3 sitios de muestreo. El procedimiento consistió en medir primero la concentración de gases (O 2 y CO 2 ) con un analizador de gases portátil (PBI Dan Sensor, CheckPoint, Dinamarca), perforando la cubierta de plástico con una aguja hipodérmica. La composición del gas fue analizada en tres niveles por cada sitio de muestreo, cerca de la parte superior de la bolsa, en el centro y cerca de la parte inferior de la misma. Después que la composición del gas fue analizada, se insertó una vara de madera con tres sensores de temperatura en el granel (en diagonal, a 45 hacia el centro de la bolsa) para medir la temperatura del grano en aproximadamente 0.1, 0.7 y 1.4 m de la superficie. En cada lugar de muestreo se recogió grano de tres niveles diferentes (en la parte superior: 0.10 m de profundidad, media: 0.75 m de profundidad, y la parte inferior: 1.6 m de profundidad (altura total de la bolsa: 1.7 m)) utilizando un calador de camiones. El material de cada uno de los tres sitios de muestreo fue segregado por nivel (superior, medio e interior). Las muestras de grano fueron almacenadas en bolsas de plástico herméticas y remitidas al Laboratorio de Poscosecha de Granos de la Estación Experimental Balcarce del Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Después del calado, las aperturas de la bolsa fueron selladas con una cinta 4

5 especial con el fin de restablecer la hermeticidad. Se recogió información adicional de la bolsa, como la calidad de armado y de cierre, la historia de aperturas, perforaciones causadas por animales salvajes o mal sellado después de la toma de muestras, preparación inadecuada del terreno cuando se instaló la bolsa (cuando las bolsas son montados sobre los residuos de la cosecha resultan con perforaciones en la parte inferior), con riesgo de inundaciones debido a estar situadas en zonas bajas del terreno y cualquier otra información pertinente. En el laboratorio la muestras fueron analizadas por H (Dickey-John, GAC 2100) y calidad comercial de acuerdo con el estándar de calidad comercial de trigo de Argentina (5). Posteriormente, cada muestra fue calificada como trigo de buena calidad o mala calidad de acuerdo a la tabla 1. El procedimiento de control se repitió aproximadamente cada 15 días durante todo el período de almacenamiento. Tabla 1. Límites de los factores de calidad de comercialización del estándar de trigo en Argentina utilizado para clasificar las muestras de grano como de buena o mala calidad. Calidad de grano Buena calidad Calidad Peso hectolítrico Materias extrañas Grano dañado Granos quebrados y chuzos Grado (Kg/hl) (%) (%) (%) Mala calidad Fuera de grado Resultados y discusión La Figura 3 muestra la relación entre la H del grano y la concentración de CO 2. Esta relación muestra que la concentración de CO 2 aumenta con el aumento de H del grano, como consecuencia de un aumento en la actividad biológica. Cuando la H del trigo fue inferior a 13% la concentración media de CO 2 fue inferior al 5% (presumiblemente debido a la respiración del grano). Cuando el contenido de H del trigo aumenta se alcanza el punto en el que los hongos se activan (entre 13.5 y 14.5%). Como resultado, cuando la humedad del trigo fue de 16% la concentración de CO 2 aumentó al 15%, y al 30% cuando el trigo presento H superiores a 19%. Los datos mostrados en la Figura 2 se corresponden con bolsas sin problemas estructurales visibles, aunque pudieron ser incluidos algunas bolsas con perforaciones en la parte inferior que no se notaron durante la toma de muestras. 5

6 40 CO2 (%) R² = 0, Humedad Silo-bolsa Polinómica (Silo-bolsa) Fig. 3. Concentración de CO 2 en bolsas de trigo con buenas condiciones de almacenamiento en función del contenido de humedad del grano. La Figura 4 muestra la diferencia en la concentración de CO 2 en bolsas con trigo de buena y mala calidad para diferentes humedades de grano. El grano de mala calidad tiene mayor porcentaje de materias extrañas, granos quebrados y granos dañados. Como consecuencia, para una misma H, las bolsas que contenían grano de mala calidad resultaron con una mayor concentración de CO 2 que las bolsas con trigo de buena calidad, debido a la mayor actividad biológica en trigo de mala calidad. La diferencia entre ambas condiciones de grano aumentó desde el 5% de CO 2 con 13% de H a 7.5% para el trigo con 15.5% de H. Fig. 4. Concentración de CO 2 para diferentes contenidos de humedad del grano en bolsas con trigo de buena y mala calidad. 6

7 Figura 5 muestra la concentración de CO 2 para bolsas muestreadas durante la época cálida y fría de almacenamiento. Baja temperatura durante el almacenamiento afectó la actividad biológica, reduciendo la tasa de respiración de los granos y los microorganismos. En grano con baja H no se observó casi ninguna diferencia en la concentración de CO 2 durante la temporada cálida y fría, mientras que para H por encima de 14.0% (presumiblemente H en la cual se activan los hongos), la diferencia en la concentración de CO 2 durante la estación cálida (enero-marzo) fue de al 7 puntos porcentuales más que en la estación fría (mayo-julio). 40 CO2 (%) y = -0,065x 3 + 3,182x 2-46,58x + 216,5 R² = 0,777 y = 0,265x 2-5,529x + 32,01 R² = 0, Humedad Enero-Marzo Polinómica (Enero-Marzo) Mayo-Julio Polinómica (Mayo-Julio) Fig. 5. Concentración de CO 2 para bolsas con diferentes contenidos de humedad del grano muestreadas durante la temporada cálida de almacenamiento (enero-marzo) y la temporada fría de almacenamiento (mayo-julio). Este estudio mostró que el principal factor que afecta la concentración de CO 2 en bolsas de trigo es la H, con aumentó de la concentración de CO 2 de 5% a 30% cuando la H del trigo aumentó de 14% a 19%. La calidad del grano es menos importante, con trigo de mala calidad se registró entre el 5 y 7.5 puntos porcentuales más de concentración de CO 2 respecto al trigo de buena calidad. También se puso de manifiesto que el efecto de la calidad incrementa con la H del grano. Por último, el efecto de la temperatura es importante para el trigo húmedo (hasta el 7% superior), pero para el trigo por debajo de 14% de H el efecto de la temperatura no tiene significancia. Conclusiones 7

8 La concentración de CO 2 en trigo almacenado en silo-bolsas aumenta con la H del grano. Con H inferior al 13% la concentración de CO 2 fue inferior al 5% y con H de grano superiores los hongos se activan, registrándose concentraciones de hasta el 30% de CO 2 con trigo a 19% de H. Las bolsas con trigo de buena calidad presentaron menor concentración de CO 2 que las bolsas con mala calidad de trigo a una misma H de grano, lo que implica que la mala calidad del trigo representa mayor actividad biológica, observándose diferencias en la concentración de CO 2 de hasta 7 puntos porcentuales. El efecto de la temperatura promedio del grano en la concentración de CO 2 es sustancial cuando la H del grano se encuentra por encima de 14%. Para bolsas de trigo con H superior a 14% la concentración de CO 2 fue mayor durante la estación cálida que durante la estación fría, y esta diferencia fue hasta de 7 puntos porcentuales cuando la H del trigo se encontraba entre 16 y el 17%. Referencias 1 Navarro S and Donahaye J. Innovative environmentally friendly technologies to maintain quality of durable agricultural produce. In: Shimshon B Y ed. Environmentally friendly technologies for agricultural produce quality. Boca Ratón, Florida: CRC Press, 2005: Banks H J and Annis P C. Comparative advantages of high CO 2 and low O 2 types of controlled atmospheres for grain storage. In: Calderon M and R. Borkai-Golan ed. Food preservation by modified atmospheres. Boca Raton, Florida: CRC Press, 1990: Adler C, Corinth H G and Reichmuth C. Modified atmospheres. In Subramanyam Bh and Hagstrum D W ed. Alternative to pesticides in stored-product IPM. Boston: Kluwer Academic Publisher, 2000: Bartosik R, Rodríguez J y Cardoso L. Storage of corn, wheat soybean and sunflower in hermetic plastic bags. Proceeding of the International Grain Quality and Technology Congress. Chicago, Illinois, USA, SAGyP. XX Norma de calidad para la comercialización de trigo pan Disponible en: Accedido en Junio del