Resumen
Antecedentes: La
avicultura global genera grandes volúmenes de residuos orgánicos, cuya gestión
segura es crucial, especialmente ante brotes de enfermedades. El compostaje
surge como una tecnología de economía circular para la valorización de la
yacija, siendo la temperatura factor clave para la inactivación de patógenos. Objetivo.
Estimar la efectividad del compostaje a escala de granja para inactivar algunos
patógenos aviares, mediante la comparación de la termorresistencia reportada en
la literatura con la cinética de temperatura observada en pilas de gran
volumen. Materiales y Métodos: Se monitoreó la temperatura en dos pilas
de compost (32 300m3 cada una) de yacija de cáscara de arroz de
patos, durante las primeras 240 horas. La temperatura se midió en la base,
nivel intermedio y cima. La inactivación se infirió para nueve patógenos
(virus, bacterias, parásitos) contrastando la cinética térmica medida con los
umbrales de termorresistencia reportados. El análisis de datos incluyó
estadística descriptiva y Análisis Factorial de Datos Mixtos (AFDM). Resultados:
La temperatura media en el nivel intermedio fue significativamente mayor
(60-68°C) que en la base y cima (38-47°C). La temperatura media de las pilas
superó los 50°C de manera sostenida durante las primeras 144 horas. El AFDM
reveló un gradiente térmico espacial, asociando la posición intermedia con las
temperaturas más altas y estables. Conclusiones: La cinética de
temperatura en grandes pilas de compostaje permite inferir una inactivación
consistente de los patógenos aviares. Los resultados evidencian la
heterogeneidad espacial de la temperatura y sugieren momentos oportunos para el
volteo, optimizando el proceso y la bioseguridad.
Palabras
clave: inactivación,
saneamiento, patógenos, valorización, yacija (Fuente: AGROVOC)
Abstract
Background: Global poultry production generates large volumes of organic waste,
the safe management of which is crucial, especially during disease outbreaks.
Composting emerges as a circular economy technology for litter valorization,
with temperature being a key factor in the pathogen inactivation. Objective. To estimate the
effectiveness of farm-scale composting in inactivating some avian pathogens, by
comparing the thermoresistance reported in the
literature with the kinetics temperature observed in large-volume piles. Materials and Methods: Temperature was
monitored in two compost pile (32,300 m3 each) of rice husk litter
from ducks for the first 144 hours. Temperature was measured at the base,
middle, level, and top. Inactivation was inferred for nine pathogens (viruses,
bacteria, parasites) by contrasting the measured thermal kinetics with reported
thermoresistance thresholds. Data analysis included
descriptive statistics and Multiple Factor Analysis (MFA). Results: The average temperature at the middle level was
significantly higher (60-68°C) than at the base and top (38-47°C). The average
pile temperature exceeded 50°C steadily for over 144 hours. MFA revealed a
spatial thermal gradient, associating the middle position with the highest and
most stable temperatures. Conclusions:
The temperature kinetics in large compost piles allow for the inference of
consistent inactivation of avian pathogens. The results demonstrate the spatial
heterogeneity of temperature and suggest optimal turning times to optimize the
process and biosecurity.
Keywords: inactivation,
sanitation, pathogens, valorization, litter (Source: AGROVOC)
INTRODUCCIÓN
La avicultura, dado su crecimiento
sostenido, se encuentra entre los sectores más dinámicos de la ganadería, al
tiempo que las proteínas que produce son de alto valor biológico y
asequibilidad, con apenas restricciones culturales para su consumo y, por
consiguiente, de alta contribución a la seguridad alimentaria mundial. Sin
embargo, la intensificación de la producción en aras de satisfacer las demandas
de consumo de la creciente población humana puede representar desafíos
sanitarios y ambientales (Torres et
al., 2023).
En el ámbito mundial durante 2021, se
produjeron más 31,5 miles de millones de toneladas (MMMT) de pollo fresco o
congelado y sobre 12,4 MMMT de huevo (FAOSTAT, 2023). Tales volúmenes de producción
implican generación cuantiosa de desechos orgánicos y necesidad de su manejo
apropiado. Los desechos sólidos orgánicos constituyen una externalidad negativa
a cuya internalización debe contribuir la agroindustria, especialmente en
países con una importante producción de carne de pollo (Chiarelotto et al., 2021).
La internalización de la yacija
mediante compostaje y posterior uso agrícola puede representar diversos
beneficios. La conversión de este desecho en abono le añade valor con
beneficios para cultivos y la estructura de los suelos agrícolas (Kacprzak et al., 2023). El uso del compostaje es de gran
importancia para el manejo de desechos orgánicos en caso de brotes de
enfermedad (Costa & Akdeniz, 2019; Wang & Akdeniz, 2023).
Ante enfermedades infecciosas
epidémicas el compostaje resulta una alternativa segura y efectiva, incluso,
para los cadáveres (Figueroa et al., 2021). Sin embargo, tamaño de las pilas es
un factor crítico con influencia en la temperatura, la variable más importante
para la inactivación de patógenos durante el compostaje (Amuah et al., 2022; Sokač
et al., 2022). Estudios recientes enfatizan la necesidad de validar bajo condiciones
reales de granja la eficacia del proceso Li et al., 2021; Ma et al.,
2022). El presente estudio tuvo el objetivo de estimar la efectividad del
compostaje a escala de granja para inactivar algunos patógenos aviares mediante
la comparación de la termorresistencia reportada en la literatura con la
cinética de temperaturas observadas en pilas de gran volumen.
MATERIALES
Y MÉTODOS
Composición de
las pilas y ubicación del estudio
El estudio
se realizó en una granja comercial de patos durante noviembre de 2018. Las
pilas a compostar estuvieron conformadas por yacija de cáscara de arroz sobre
la cual se mantuvieron patos desde el nacimiento hasta alcanzar entre 90 y 100
días de crianza. El compostaje se realizó dentro de las naves avícolas en dos
pilas de 32 300 m3 de yacija cada una. Las pilas resultantes
tuvieron aproximadamente 1,20 m de altura, 3 m de ancho en la base y 50 m de
largo (Figura 1).
Figura 1. Esquema de
las pilas de compost.
Para
conformar las pilas, la yacija se roció progresivamente con agua por medio de
una manguera, al tiempo que se homogenizaba y apilaba mediante palas. Como
criterio subjetivo de humedad adecuada, regularmente se apretaban con la mano
porciones de yacija hasta tanto se mantuvieran apelmazadas sin llegar a
escurrir agua, siguiendo metodologías comúnmente reportadas (Li et al.,
2021). En caso de escurrimiento de agua se mezclaba con yacija sin humedecer
hasta lograr la consistencia deseada. Una vez conformadas las pilas se
cubrieron con polietileno y se dejaron en reposo (Figura 2).
Figura 2. Pila de compostaje.
Monitoreo de la temperatura y
recolección de datos
A partir de las 24 horas
post-conformación se midió la temperatura de la pila en varios puntos
distribuidos en la base (n = 12), el nivel intermedio (n = 24) y la cima (n =
12). Las temperaturas se midieron en los
diferentes puntos a una profundidad de 30 cm, mediante un termómetro de acero
inoxidable de aguja (precisión ±0.5°C). Las mediciones se realizaron cada
24 horas durante un período total de 240 horas (10 días).
Inferencia de
inactivación de microorganismos
Se dedujo
la inactivación por temperatura para nueve patógenos que incluyeron virus,
(virus de la influenza aviar (IA); virus de la enfermedad de Newcastle (VEN);
de la enfermedad infecciosa de la bolsa (EIB); del síndrome de la caída de la
puesta (SCP); de la laringotraqueitis infecciosa
(LTI); bacterias (E. coli; Salmonella spp) y parásitos (Eimeria spp y Cryptosporidium parvum). Para
ello los niveles de termorresistencia en función del tiempo reportados por la
literatura (principalmente de los últimos 5 años) se compararon con la cinética
real de la temperatura alcanzada por las pilas de yacijas. Cuando para un mismo
microrganismo se encontraron diferentes valores de termorresistencia se utilizó
el mayor de ellos como punto de corte conservador para la inferencia de su
inactivación.
Análisis Estadístico
Los datos
de temperatura se procesaron mediante el lenguaje de programación R (R Core Team, 2023). Inicialmente, se realizó un análisis
estadístico descriptivo (media, desviación estándar, rango) para cada posición
(base, intermedio, cima) y para el promedio general de la pila. La
visualización gráfica se realizó con el paquete ggplot2 v3.3.3 (Wickham, 2016). Para comparar las temperaturas medias entre
las diferentes posiciones en la pila, se realizó un análisis de varianza
(ANOVA) de una vía, seguido de una prueba post-hoc de Tukey (α=0.05) para identificar diferencias
significativas entre pares de grupos, utilizando el paquete stats
de R.
Para identificar patrones subyacentes en la dinámica térmica del
compostaje, considerando la estructura mixta de los datos (variables continuas:
temperatura, tiempo; variables categóricas: posición en la pila, pila número),
se implementó un Análisis Factorial de Datos Mixtos (AFDM) utilizando los
paquetes FactoMineR y factoextra
en RStudio 4.5.0. El análisis preservó la naturaleza
mixta de los datos mediante la estandarización de las variables continuas y la
codificación de factores categóricos como indicadores de modalidades. Los
patrones espaciotemporales emergentes se interpretaron mediante: 1)
correlaciones factoriales ((> |0.6|) entre variables y dimensiones latentes,
y 2) proyección de observaciones en planos factoriales, considerando
contribuciones relativas a la inercia total. El agrupamiento de las
observaciones se realizó mediante el algoritmo de k-medias sobre las
coordenadas factoriales.
RESULTADOS
Y DISCUSIÓN
Dinámica de temperaturas
Las
temperaturas medias para cualquier nivel de las pilas (Figura 3) siempre
superaron los 40 °C con valores significativamente superiores (p < 0.05, prueba de Tukey) en el
nivel intermedio. Sin embargo, el rango inferior de variabilidad alcanzó 30 °C
en los casos más bajos, principalmente en la base y la cima. Las temperaturas
alcanzadas estuvieron en el rango de las termofílicas y se correspondieron con
las referidas en estudios similares (Biswas et
al., 2019; Torres et al., 2023).
La heterogeneidad observada concuerda con lo reportado por Ma et al.
(2022), quienes destacan la importancia del manejo para homogeneizar las
condiciones.
Figura 31. Valores
medios y dispersión de las temperaturas en diversos niveles de las pilas de
compostaje.
La altura
de pila influye en la temperatura del proceso (Vaddella et al., 2018; Amuah
et al., 2022) y como alternativa para lograr mayores tenores
de los observados, pudiera realizarse volteo de la pila e incluso, rociado con
agua que se conoce promueven aumento de la temperatura (Li et al., 2021; Ma et al., 2022, Manga et al.,
2023). Estudios realizados por Torres et al. (2023) sugieren evaluar la
altura de la pila (Figura 4), ya que no
siempre se aprecia homogeneidad de las temperaturas en todas las dimensiones de
la pila y podría afectar la inactivación de los patógenos en algunos puntos.
Los resultados obtenidos son similares a los reportados por Paterlini
et al. (2017), quienes encontraron diferencias
en cuanto a los tiempos de temperaturas termofílicas en los laterales y en la
cima de las pilas de compostaje de residuos avícolas.
Figura 4. Análisis
espacio-temporal del comportamiento de la temperatura en cada pila de
compostaje.
Análisis Factorial de Datos Mixtos
(AFDM)
En el AFDM se
identificó las dimensiones de mayor contribución a la varianza de los datos,
siendo mayor la dimensión 1 con el 37, 7% de la variabilidad total de los
datos, mientras que las dimensiones 2, 3 y 4 tuvieron la misma contribución en
un 20% en cada caso (Anexo 1). En las dimensiones (espacio factorial) 1 y 3 se
evidenció la influencia de las variables cuantitativas continuas (tiempo y
temperatura) que más contribuyeron a la formación de dicho espacio (Figura 5).
Los caracteres cualitativos ordinales que más aportaron al primer factor fue la
Posición en la pila, mientras que la Pila en si no tiene influencia sobre los
datos, lo que indica una buena replicabilidad del proceso entre las dos pilas.
Figura 5. Análisis de
las variables con contribución a la varianza de los datos en el espacio
factorial.
La
Dimensión 1 se asocia a un gradiente térmico: temperaturas altas vinculadas a
la posición (Intermedia A y B). La Dimensión 3 captura variabilidad temporal,
con tiempos mayores asociados a la posición (Base y Cima). Esto sugiere que la
posición intermedia alcanza temperaturas críticas para inactivación viral más
rápido y estables, que las posiciones de la base y cima (Figura 6), un hallazgo
consistente con la microaerofilia del proceso de
compostaje reportada por Ge et al. (2020).
Figura 6. Análisis de clústeres en dimensiones AFDM.
Un patrón de heterogeneidad espacial
se evidenció con la conformación de cuatro clusters
(Figura 6) referentes a la posición de la toma de la temperatura en las pilas
de compost. Se ratifica el comportamiento similar entre las muestras tomadas
(Base – Cima e Intermedio A -B). Para posiciones con altas temperaturas
(Intermedio A-B) pudiera estar asociado a una mayor estabilidad térmica y menor
fluctuación diaria, consistente para la inactivación del virus. Sin embargo,
zonas de bajas temperaturas como las registradas en (Base-Cima), pudieran reflejar una
inactivación viral lenta, con requerimiento de mayor tiempo de exposición para
compensar la temperatura subóptima, lo que refuerza la necesidad del volteo
como práctica de manejo (Ngwabie et al.,
2022).
Inferencia
de la inactivación de patógenos
En el presente estudio, la
temperatura media se mantuvo por encima de 50 °C de forma sostenida por 144
horas (Figura 7). A pesar de la variabilidad observada en las temperaturas es
de esperarse inactivación de diversos patógenos en correspondencia a los
niveles de resistencia reportados en la literatura (tabla 1). Es de destacarse
que, los tiempos máximos de resistencia a la temperatura que se reportan suelen
ser menores de dos horas; periodo mucho menor que aquel en que la temperatura
de las pilas superó 50 °C.
Figura 7. Expectativa de inactivación de patógenos
aviares de preocupación en correspondencia con la termorresistencia reportada
en la literatura y la cinética de temperatura de la pila de compostaje.
Tabla 1. Termorresistencia de algunos patógenos aviares según la literatura.
|
Microorganismo
|
Termorresistencia
(°C)
|
Tiempo
|
Fuente
|
|
Virus influenza aviar
|
56-60
|
30 minutos
|
(Hessling et al.,2022;
OMSA, 2023).
|
|
Virus de la enfermedad infecciosa de
la bolsa o Gumboro
|
≥ 55
|
2h
|
(Rani & Kumar, 2015).
|
|
Virus de la enfermedad de Newcastle
|
50
|
30 minutos
|
(Ruan et
al., 2020).
|
|
E. coli
|
65
|
1h
|
(Biswas et
al., 2019).
|
|
Salmonella spp
|
60
|
1h
|
(Biswas et
al., 2019).
|
|
Eimeria sspp
|
55
|
1h
|
(Schneiders et al.,
2020).
|
|
Virus de la laringotraqueitis
infecciosa
|
55
|
15 minutos
|
(Gowthaman et al., 2020).
|
|
Virus del síndrome de caída de la
puesta
|
≥56
|
≥40
minutos 3h
|
(Suresh et al., 2013; Smyth,
2022).
|
|
Cryptosporidium parvum
|
50
|
|
Xiao et
al., 2022.
|
La inferencia de inactivación
realizada fue consistente con diversos reportes para VEN y VIA (Costa and Akdeniz, 2019; Ruan et al., 2020; Figueroa et
al., 2021), así como otros agentes (Elving et
al., 2012),
incluso, a menor temperatura. Similarmente ocurrió con la inferencia de
inactivación del virus de la EIB (Crespo et al., 2016) y de los virus de la LTI y
del SCP (Giambrone, Fagbohun
y Macklin, 2008). En cuanto a los parásitos
seleccionados la inactivación de ooquistes se alcanza a los 55 °C (Schneiders et al., 2020) por lo cual pudieran ser eliminados.
Diferencias
entre las metodologías para demostrar viabilidad de patógenos bajo compostaje
dificultan conocer el tiempo mínimo en el cual la inactivación ocurre. Por
ejemplo, para verificar inactivación frente a algunos patógenos bacterianos se
espera transcurran 20 días bajo temperaturas superiores a 55 °C (Asses et al., 2019), mientras
ocurre en solo una hora (Biswas et al., 2019). No obstante,
existen reportes de supervivencia de Salmonella
spp. entre
68 °C y 70 °C (Barrena et al., 2009).
Tales diferencias evidencian la necesidad de métodos normalizados para
verificar la inactivación de patógenos en compostaje, así como de la
disponibilidad de variables subrogadas o la modelación para su inferencia
basada en la relación tiempo temperatura, como la abordada en este estudio.
La
efectividad del compostaje puede verse afectada por diversas variables
fisicoquímicas (Ge et al., 2020;
Sharma et al., 2023). El volteo de las pilas con
determinada frecuencia favorece la eficiencia del compostaje debido a la
aireación (Ngwabie et al.,
2022). La decisión de voltear una pila cuando todavía pudiese contener
microorganismos viables, además de fuerza de trabajo, debe considerar aspectos
de bioseguridad para prevenir la diseminación del patógeno involucrado y
contaminación de nuevos sitios. Asimismo, ante patógenos con niveles medios de
termorresistencia se pudiera optar por dejar la pila en reposo. Se trata de una
decisión basada en riesgo a partir del monitoreo de la temperatura de la pila.
El tamaño de las pilas como otro
factor crítico (Amuah et al., 2022; Sokač et al., 2022) puede comprometer tanto el tenor
como la homogeneidad de las temperaturas (Asses et
al., 2019; Miller, Miknis y Flory, 2020) y, en consecuencia, la
efectividad de la inactivación de agentes biológicos. Por estas razones el presente
estudio
añade conocimiento sobre los métodos para la disposición segura de desechos
orgánicos de la crianza, incluso, en caso de brotes de enfermedades
infecciosas, a pesar
de la limitación de ser inferida la inactivación.
CONCLUSIÓN
La cinética de la temperatura en
grandes pilas de yacija de cáscara de arroz mostró una fase termofílica
sostenida (>50°C durante las primeras 144 horas), suficiente
para inferir la inactivación de los principales patógenos aviares estudiados,
de acuerdo con los umbrales de termorresistencia reportados en la literatura.
Se evidenció
una marcada heterogeneidad espacial en la temperatura, con el nivel intermedio
de las pilas alcanzando valores significativamente más altos (60-68°C) y estables que la base y la
cima (38-47°C).
El análisis Factorial de Datos Mixtos
(AFDM) permitió identificar y caracterizar los gradientes espaciotemporales de
temperatura, proporcionando una base objetiva para determinar momentos
oportunos para el volteo, con el fin de homogeneizar la pila, favorecer la
aireación y garantizar la bioseguridad del proceso.
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Contribución de los
autores
Concepción y diseño de la investigación: PA, DMV, BDH, MTV;
análisis e interpretación de los datos: YAJ, DMV, BDH, MTV, TJQ; redacción del
artículo: MTV, DMV, BDH.
Conflicto de intereses
Los autores declaran que no existen
conflicto de intereses.
, Yandy Abreu Jorge,**
, Pastor Alfonso Zamora **