Anales Cientícos, 79 (1): 101 - 110 (2018)
ISSN 2519-7398 (Versión electrónica)
DOI: http://dx.doi.org/10.21704/ac.v79i1.1145
Website: http://revistas.lamolina.edu.pe/index.php/acu/index
© Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima - Perú
Presentado: 04/09/2017
Aceptado: 01/05/2018
Evaluación de la concentración de nitratos, calidad microbiológica y funcional en
lechuga (Lactuca sativa L.) cultivadas en los sistemas acuapónico e hidropónico
evaluation of nitrate concentration, microbiological and functional quality in lettuce
(Lactuca sativa L.) cultivated in aquaponic and hydroponic systems
Edgar Wilber Alcarraz Quispe
1,2*
, María Luisa Tapia Figueras
1
, Andrés Bustamante Pezoa
1
, Olivia Tapia Laguna
3
,Jurij
Wacyk Gonzales
3
, Víctor Hugo Escalona Contreras
1
* Autor de correspondencia
Resumen
La Acuaponía es la integración de la acuicultura e hidroponía, corresponde a un sistema de recirculación acuícola donde
los desechos producidos por organismos acuáticos se convierten en los nutrientes necesarios para el crecimiento de
plantas por medio de la acción bacteriana. Este sistema es de bajo consumo hídrico e impacto ambiental en comparación
a los sistemas hidropónicos y acuícolas tradicionales. En el presente trabajo se evaluó el rendimiento, concentración de
nitrato, calidad microbiológica y funcional en lechugas (Lactuca sativa L.) cultivadas en dos sistemas de producción:
acuapónico e hidropónico. Al mismo tiempo se evaluó la ganancia de masa fresca y el factor de conversión alimentaria
(FCA) de trucha arco iris (Oncorhynchus mykiss). Las lechugas se cultivaron en un sistema acuapónico con residuos
de los peces y en un sistema hidropónico con solución nutritiva (Hoagland II-modicada) durante 21 días. Al término
de este período se obtuvieron lechugas con un tamaño de 8 a 12 cm. El rendimiento de masa fresca de lechugas
acuapónicas fue un 6,73% superior al de lechugas hidropónicas. Por otra parte, en lechugas acuapónicas se determinó
una concentración menor de nitratos respecto a lechugas hidropónicas. Las lechugas cultivadas en ambos sistemas no
presentaron diferencias signicativas en su calidad microbiológica y funcional. El sistema acuapónico se inició con
truchas arco iris de una masa fresca promedio de 27,1±0,8 g, y durante el experimento los peces incrementaron 13,6
g, obteniéndose un FCA de 0,74. Estos resultados indicarían que el sistema acuapónico utilizado es una alternativa
sustentable para la producción de lechugas de alta calidad, considerando su buen rendimiento, menor concentración de
nitratos, similar calidad microbiológica y funcional respecto a los sistemas hidropónicos, que permite a su vez el cultivo
simultáneo de peces con un buen factor de conversión alimentaria.
Palabras clave: Acuaponía; hidroponía; inocuidad alimentaria; factor de conversión alimenticia; trucha arco iris.
Abstract
Aquaponics is the integration of aquaculture and hydroponics and generally corresponds to a recirculating aquaculture
system where the waste produced by aquatic organisms becomes nutrients through bacterial action for plant growth.
Water consumption as well as the environmental impact are lower in this system compared to traditional hydroponic
and aquaculture modalities. The present study evaluated the yield, nitrate concentration, microbiological and functional
quality of lettuce (Lactuca sativa L.) grown in two production systems: aquaponics and hydroponics. At the same time,
fresh mass gain and feed conversion ratio (FCR) of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) was assessed. Lettuces were
grown in an aquaponic system with waste from the sh and in a hydroponic system with nutrient solution (Hoagland II-
modied) for 21 days. At the end of this period, lettuce of 8 a 12 cm were obtained. Aquaponic lettuce yield was 6.73%
higher than hydroponic lettuce. Also aquaponic lettuce had lower nitrate concentration than hydroponic lettuce. Lettuces
grown in both systems showed no signicant differences in the microbiological and functional quality. Rainbow trout in
the aquaponic system increased 13.6 g over 27.1±0.8 g initial fresh weight, obtaining a FCR of 0.74 after the experiment.
These results indicate that the aquaponic system used is a sustainable alternative for the production of high quality lettuce
considering its high yield, lower concentration of nitrates and similar microbiological and functional quality regarding
hydroponic systems, while allowing simultaneous sh farming with a good feed conversion ratio.
Keywords: Aquaponic; hydroponic; food safety; feed conversion rate; Rainbow trout.
1
Centro de Estudios Postcosecha. Facultad de Ciencias Agronómicas. Universidad de Chile, Chile.
2
Instituto de Nutrición y Tecnología de Alimentos. Universidad de Chile, Chile.
3
Departamento de Producción Animal. Facultad de Ciencias Agronómicas. Universidad de Chile. Av. Santa Rosa 11315 (832 0000), La Pintana,
Santiago, Chile. Email: [email protected]
Evaluación de la concentración de nitratos, calidad microbiológica y funcional en lechuga (lactuca sativa L.) cultivadas en los sistemas acuapónico
e hidropónico
Enero - Junio 2018
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1. Introducción
A nivel mundial la lechuga (Lactuca sativa L.) es el cultivo
de mayor importancia económica entre las hortalizas de
hojas, debido a la posibilidad de ser cultivado todo el año,
bajo diferentes sistemas de producción y a la diversidad
de variedades botánicas y cultivares (Suslow et al., 2003).
Esta hortaliza se cultiva generalmente en suelos regados
principalmente por surcos (Flaño, 2013), estando asociado
a un gran consumo de agua y al riesgo de no ser inocuo,
en caso de contener aguas contaminadas por bacterias
patógenas ej. Escherichia coli 0157:H7, Salmonella o
Listeria monocytogenes (Sirsat & Neal, 2013).
La hidroponía, es un método de cultivo sin el uso del
suelo. En su lugar se pueden utilizar sustratos sólidos
inertes o medios líquidos sin sustrato. En estos sistemas,
todos los nutrientes necesarios para el crecimiento vegetal
se obtienen de fertilizantes sintéticos (Tonet et al., 2011
y FAO, 2015). Además, la hidroponía es un sistema más
controlado que el cultivo directo en el suelo, que permite
tener mayor eciencia en el uso del agua y fertilizantes, con
menores riesgos de plagas y enfermedades. Sin embargo,
la completa dependencia de fertilizantes manufacturados
hace costosa su implementación por pequeños agricultores
(FAO, 2015; Stefanelli et al., 2011 y Hashida et al.,
2014). En este sentido, la integración con otros cultivos
complementarios, como la producción de peces puede ser
una estrategia para enfrentar la necesidad de fertilizantes
por las plantas.
La acuicultura es la producción de organismos acuáticos
en cautiverio como: peces, moluscos, etc. Las principales
categorías de sistemas productivos incluyen los sistemas
abiertos (jaulas), estanques, sistemas de recirculación en
acuicultura (RAS), etc. (Woynarovich et al., 2011). La
acuicultura es una actividad cada vez más importante en la
producción mundial de peces, pero presenta problemas de
sustentabilidad debido al tratamiento de las aguas residuales
ricas en nutrientes, que es un subproducto de la acuicultura
(FAO , 2015). Esto se debe en parte, a que una proporción
baja de los nutrientes dietarios es retenida por los peces.
La mayoría de estos nutrientes son excretados por los
peces como fracciones sólidas y disueltas, acumulándose
en los sistemas con bajo intercambio de agua y luego, al
descomponerse, alteran la calidad del agua (FAO , 2015 y
Endut et al., 2010).
Una propuesta de solución a este tipo de problema
es el uso de sistemas acuapónicos integrando acuicultura
e hidroponía (Figura 1). El objetivo de este sistema es
producir peces y hortalizas en un circuito cerrado, donde
el uso de fertilizantes sintéticos y la remoción de residuos
es prácticamente cero (Rakocy et al. (2006); Guzmán &
Moreno (2012); Nelson & Pade (2008) y Rakocy, et al.
(2006)). En este tipo de sistema los residuos de los peces
son convertidos a nutrientes para las plantas por acción
de las bacterias nitricantes. Estas bacterias oxidan el
amoníaco a nitrito y este a nitrato, predominando el grupo
Nitrosomonas spp. y Nitrobacter spp., respectivamente
para cada transformación (Hollyer et al., 2009). Es por
esto que este sistema de producción de alimentos ha sido
descrito como muy eciente y ecológico (Sirsat & Neal,
2013)
Conocer el suministro de nitrato para el crecimiento de
las lechugas es importante debido a que una acumulación
excesiva en las hojas podría ser peligrosa para la salud de
los consumidores ya que están relacionados con agentes
cancerígenos como las nitrosaminas (Byrne et al., 2009).
Y a la vez se debe tener cuidado con la contaminación
microbiológica, en especial en los sistemas acuapónicos,
puesto que se utilizan los residuos de los peces como
nutrientes que pueden contaminar el agua y las hortalizas
(FAO, 2015). Actualmente, los consumidores demandan
inocuidad y calidad funcional en los productos hortícolas
que adquieren. Así, las propiedades funcionales pasan
a formar parte importante de la elección, debido a
que las hortalizas son ricas en vitaminas, compuestos
antioxidantes, etc. (Scalzo et al., 2005). Estos compuestos
son reconocidos por sus efectos beneciosos en la salud del
consumidor (Pérez-Jiménez y Soura-Calixto, 2007) como
proteger contra enfermedades crónicas no transmisibles si
se consumen regularmente (Base de datos antioxidantes en
hortalizas, 2015); Hooper y Cassidy, 2006).
Figura 1. Ciclo acuapónico simbiótico
Finalmente, los sistemas acuapónicos son una buena
alternativa para la producción de hortalizas aprovechando
los residuos de los peces y optimizando el uso del agua. Sin
embargo, existe limitada información sobre la inocuidad
de las hortalizas producidas bajo sistemas acuapónicos.
Por esta razón, el objetivo de este estudio fue diseñar y
probar el funcionamiento de un sistema acuapónico y
posteriormente evaluar el rendimiento, concentración
de nitrato, la calidad microbiológica y funcional de
lechugas (Lactuca sativa L.) cultivadas en este sistema en
comparación a otras producidas en un sistema hidropónico
convencional. Se estudió también el incremento de masa
fresca de las truchas arco iris (Oncorhynchus mykiss)
producidas en el sistema acuapónico.
Alcarraz et al. / Anales Cientícos 79 (1): 101 - 110 (2018)
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2. Materiales y métodos
Ubicación del ensayo. El presente estudio se llevó a
cabo en el invernadero y los laboratorios del Centro de
Estudios Postcosecha (CEPOC) de la Facultad de Ciencias
Agronómicas de la Universidad de Chile. Este Centro se
encuentra localizado a 33° 57` de latitud sur y 70° 60`
de longitud oeste y 627 m.s.n.m, Comuna de La Pintana,
Provincia de Santiago, Región Metropolitana, Chile
(Figura 2).
Diseño experimental. El diseño fue completamente
aleatorizado con dos tratamientos y tres repeticiones por
tratamiento para un total de seis unidades experimentales.
Los tratamientos correspondieron a un sistema acuapónico
y un sistema hidropónico, ambos con un sistema de cultivo
de lechugas por la técnica de raíz otante con una densidad
de 70 plantas/m
2
.
Manejo de cultivo. Se utilizaron lechugas de la variedad
botánica Acephala, cultivar Levistro. Las semillas se
sembraron en bandejas alveoladas de 200 unidades, con
una mezcla de sustratos lana de roca granulada (Agrolan®
Compañía Industrial El Volcán S.A., Chile) y perlita
expandida A6 (Harbolite Chile Ltda., Chile) prehidratada
en relación volumétrica 1:1, respectivamente. Las semillas
se sembraron una por alveolo a 1 cm de profundidad.
Posteriormente, las bandejas se colocaron en una estufa
(LabTech Co. Ltda., Korea), a 25 ºC hasta la emisión de la
radícula y luego se ubicaron en una mesa de almácigo en el
interior del invernadero. Los riegos se
realizaron con agua potable hasta que
los plantines alcanzaron el estado de
desarrollo de cotiledones expandidos.
Luego se regaron con solución
nutritiva Hoagland II-modicada
(Hoagland & Arnon, 1950), diluida
al 50% manteniendo un pH entre
5,5 y 6,5. Cada plantín se trasplantó
cuando alcanzó el estado de 3
ra
a
4
ta
hoja verdadera (25 días después
de la siembra) a los componentes
hidropónicos de cada sistema.
Sistema acuapónico
Acuicultura. Los ejemplares
de truchas arco iris
(Oncorhynchus mykiss) se
cultivaron en un estanque
rectangular con fondo plano
(0,7 x 0,4 x 0,5 m), de 120 L
de capacidad con agua potable
desclorada (Figura 3 y 4, A).
Las truchas arco iris fueron
adquiridas en la piscicultura
Río Blanco ubicada en Los
Andes, Quinta Región. Se
trabajó con 40 ejemplares por
estanque y al comienzo cada
ejemplar tuvo una masa fresca promedio de 24,4±0,8 g.
Los peces se alimentaron dos veces por día con alimento
comercial pelletizado (Ewos® transfer, Chile, que contiene
un 48% de proteína) al 1,44% de su masa fresca corporal.
Bioltro. El estanque y la sección del bioltro (Figura
3 y 4, B) se conectaron a través de una tubería de PVC
hidráulico de 2,54 cm de diámetro. Una bomba sumergible
(Sicce IDRA, Italia) ubicada en el estanque impulsó el
agua (10 L/min) desde el estanque de los peces a la sección
del bioltro. El bioltro estuvo conectado al componente
hidropónico (Figura 3 y 4, C) formado por una mesa raíz
otante a través de 8 tuberías de 1,6 cm de diámetro. Estas
dos secciones estuvieron a la misma altura separadas a
0,7 m por sobre el estanque con peces. El bioltro estuvo
constituido por una sección de 0,35 x 0,725 m, donde se
colocaron 400 biobolas (Bio-ball Sunsun, China) con un
área de supercie total de 20 m
2
(Rakocy et al., 2006). El
agua pasa por gravedad desde la sección del bioltro al
componente hidropónico.
Componente hidropónico. Las mesas tuvieron
dimensiones de 1,05 x 0,725 m, y como soporte para las
plantas se utilizaron planchas de poliestireno expandido
de densidad media (20 kg/m
3
) y 2,54 cm de espesor. El
agua pasa por gravedad desde la sección hidropónica al
sumidero (Figura 3 y 4, D), retornando al estanque de los
peces a través de una tubería de PVC hidráulico de 2,54
cm.
Figura 2. Ubicación geográca, Universidad de Chile Campus Sur
de diámetro, cerrando así el circuito (Figura 3 y 4) [13].
Figura 3. Esquema del sistema acuapónico modicado
Evaluación de la concentración de nitratos, calidad microbiológica y funcional en lechuga (lactuca sativa L.) cultivadas en los sistemas acuapónico
e hidropónico
Enero - Junio 2018
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Sistema hidropónico. Las mesas tuvieron unas dimensiones
de 1,5 x 0,6 m y como soporte para las plantas se utilizaron
planchas de poliestireno expandido de densidad media (20
kg/m
3
) y 2,54 cm de espesor, perforadas con un oricio de 5
cm de diámetro. En cada oricio se colocó una planta y en
un metro cuadrado 70 plantas siguiendo un diseño Zigzag.
Las raíces de las plantas estuvieron en contacto directo con
el medio líquido (agua potable y solución nutritiva). Con
la ayuda de una bomba de aire (Tetratec APS 300, China)
se introdujo oxígeno en cada mesa para oxigenar las raíces
de las plantas. La concentración de nitrato en la solución
nutritiva, al iniciar el experimento fue de 150 mg/L.
Se cosecharon 35 plantas de lechuga de cada sistema
cuando las hojas alcanzaron 8 a 12 cm de largo (tras 21
días después del trasplante). Las hojas cosechadas se
colocaron en 60 bolsas (10 bolsas por repetición, de 50
g) de polietileno de baja densidad. Se tomaron muestras
al azar para los análisis microbiológicos (tres bolsas) y
concentración de nitrato (tres bolsas), el resto de material
vegetal (4 bolsas de cada repetición) se mantuvo en una
cámara de frío a 5 ºC para las evaluaciones de fenoles
totales y capacidad antioxidante.
Determinaciones
Rendimiento. Para medir el rendimiento foliar de las
hojas de lechugas se empleó una balanza portátil (Care
CQT202, EE.UU.). Se registró la masa fresca de 35 plantas
cosechadas en un área de 0,5 m
2
de cada sistema. Los
resultados se expresaron como gramos de masa fresca por
metro cuadrado (g M.F./m
2
).
Concentración de nitrato. Para los análisis, se secaron
3 muestras (por repetición) de 50 g de lechuga entera
de cada sistema, en una estufa a 60 ºC con ventilación
forzada durante 72 horas hasta obtener una masa seca
constante. Se determinó la concentración de nitratos en las
hojas mediante el método del electrodo de ión selectivo
de nitrato (Sadzanka et al., 2007). Para determinar la
concentración de nitrato se realizaron extracciones en
agua donde se mezclaron 0,5 g de polvo de muestras secas
con 25 mL de agua destilada, y luego se le adicionó una
solución de ajuste de fuerza iónica (HI 4013-00) por cada
25 mL de ltrado. Posteriormente, se introdujo el electrodo
selectivo (Hanna, ISA HI 4013-00, Chile), sobre el ltrado
de la muestra y se esperó la estabilización de la lectura. La
concentración de nitrato se calculó por medio de una curva
de calibración sobre la base de estándares de KNO
3
. Los
resultados fueron expresados como miligramos de nitrato
por kilogramo de masa fresca (mg/kg M.F.).
Recuento microbiano. El análisis se realizó al momento
de la cosecha. Se tomaron tres muestras (por repetición)
de 10 g de lechugas enteras por bolsa y se mezclaron
con 90 mL de agua peptonada 0,1% estéril (Merck,
Alemania) dentro de una bolsa estéril y se homogenizó en
un mezclador (IUL, Masticator Classic, España) durante 1
minuto. Se realizaron diluciones seriadas (1:10) en 9 mL
de agua peptonada 0,1%.
• Aerobios mesólos (RAM). se realizó una siembra a
una profundidad de 1 mL de la dilución, adecuada en
el medio agar de conteo de placas (Merck, Alemania)
y se incubaron a 37 ºC durante 48 h.
• Enterobacterias. se realizó una siembra en
profundidad, en el medio agar glucosa rojo violeta
bilis (VRBD) (Merck, Alemania) y se incubaron a
37ºC durante 48 h.
• Bacterias psicrólas. se realizó una siembra en
profundidad en el medio agar de conteo de placas
(Merck, Alemania) y se incubaron a 5 ºC durante 10
días.
Los recuentos totales se expresaron como el logaritmo de
las unidades formadoras de colonias por gramo (log ufc/g).
Concentración de fenoles y capacidad antioxidante
Extracción de compuestos bioactivos. Para obtener el
extracto se utilizó una muestra de 5 g de lechugas (obtenidas
de las bolsas de 50 g), se adicionaron 20 mL de etanol y
luego se trituró en Ultraturrax (IKA, T18 Basic, EE.UU.) a
3500 rpm durante 45 s. Se conservó el homogenizado por
24 horas a 5 ºC y posteriormente fue ltrado a través de
4 capas de gasa y centrifugado (Hermle Z 326K, Hermle
Labortechnink, Wehngen, Alemania) por 15 min a 4180 g
n
a 4 °C (Swain & Hillis, 1959). Las mediciones de fenoles
totales y capacidad antioxidante se realizaron con el
sobrenadante obtenido.
Fenoles totales. Se llevó a cabo según el método
colorimétrico de Singleton y Rossi (1965). A un volumen
de 19,2 µL de extracto/blanco se le adicionaron 29 µL de
reactivo Folin-Ciocalteau. Se incubó por 3 minutos a 20 °C
y se le añadió 192 µL de Na
2
CO
3
1 N. Pasados 10 minutos,
se midió la absorbancia de la muestra a 750 nm en lector
de multiplaca Biochrom (ASYS UVM340, Reino Unido).
El contenido de compuestos fenólicos se calculó por medio
de una curva de calibración realizada sobre la base de una
solución madre de ácido gálico 2,4x10
-3
M. Los resultados
fueron expresados como mg equivalente ácido gálico por
100 g de masa fresca (mg EAG/100g M.F.).
Figura 4. Componentes del sistema acuapónico modicado
Alcarraz et al. / Anales Cientícos 79 (1): 101 - 110 (2018)
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Capacidad antioxidante por DPPH. La determinación se
llevó a cabo según el método de Brand-Williams (Brand-
Williams et al., 1995). A 21 µL de extracto se añadió 194
µL de solución DPPH. Posteriormente, se les midió la
absorbancia a 515 nm, luego de dos horas de incubación a
20 °C en oscuridad en lector de multiplaca Biochrom. La
capacidad antioxidante se calculó por medio de una curva
de calibración realizada sobre la base de una solución madre
de Trolox 1,6x10
-3
M. Los resultados fueron expresados
como mg equivalente de Trolox por 100 g de masa fresca
(mg ET/100g M.F.).
Capacidad antioxidante por FRAP. Se realizó según
el protocolo propuesto por Benzie & Strain (1996). Se
preparó el reactivo FRAP (buffer acetato 300 mmol L
-1
con pH 3,5, solución de cloruro férrico hexohidratado
20 mmol L
-1
y 2,4,6-Tripyridyl-s-Triazine (TPTZ) 10
mmol en HCl 40 mmol). Se incubaron 6 µL de extracto
y 198 µL de reactivo FRAP por 30 minutos a 37 °C, para
posteriormente medir su absorbancia a 593 nm en lector
multiplaca Biochrom. La capacidad antioxidante se calculó
por medio de una curva de calibración realizada sobre la
base de una solución madre de Trolox 1,6x10
-3
M. Los
resultados fueron expresados como (mg ET/100g M.F.).
Incremento de masa fresca de truchas arco iris. Para
medir la masa fresca de los peces se empleó una balanza
portátil. Se realizaron muestreos semanales, tomando 15
ejemplares (tres grupos de cinco) al azar de cada estanque.
Se calculó el factor de conversión alimenticia (FCA = [kg
de alimento consumido/(masa fresca nal - masa fresca
inicial)]). Así también se calculó el incremento de masa
fresca porcentual utilizando la fórmula [(masa fresca
nal*100)/masa fresca inicial)] de las truchas arco iris.
Análisis estadístico. Los resultados obtenidos fueron
sometidos a un análisis de varianza (ANDEVA) con
un nivel de signicancia del 5%, y en el caso de existir
diferencias signicativas entre tratamientos, se aplicó
el test de comparaciones de rangos múltiples de Tukey
utilizando el programa estadístico InfoStat.
3. Resultados y discusión
Rendimiento. Se observaron diferencias signicativas en
el rendimiento de masa fresca de las lechugas cultivadas
en ambos sistemas. El rendimiento de las lechugas de hoja
fue de 2748±50 g por m
2
para el sistema acuapónico y de
2575±50 g por m
2
para el sistema hidropónico (Figura 5).
El rendimiento de las lechugas cultivadas en el sistema
acuapónico fue similar a lo reportado por Panatela et al.
(2012). Estos autores obtuvieron un rendimiento de 2,71
kg/m
2
(21 días después del trasplante) en lechugas romana
cultivadas por la técnica de raíz otante con residuos de
tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus L.) mantenidas
a una alta densidad de peces (8 kg/m
3
). Respecto a otro
trabajo realizado por Lennard & Leonard (2006), el
rendimiento obtenido en nuestro estudio fue inferior.
Estos autores cosecharon 4,47±0,12 kg/m
2
de lechuga hoja
de roble con la técnica raíz otante empleando residuos
de bacalao Murray a una densidad de 40 plantas/m
2
. Del
mismo modo, Licamele (2009) obtuvo rendimientos de
4,7 kg/m
2
de lechuga cv. Rex (32 plantas/m
2
) luego de
35 días, en un ensayo de acuaponía con tilapia del Nilo
(Oreochromis niloticus L.), ambos a una densidad de peces
de 5 kg/m
3
. El mayor rendimiento en estos estudios se
debería a que el bacalao Murray y la tilapia del Nilo fueron
producidas a temperaturas de 20 a 25 ºC, rango óptimo para
estos peces, para las bacterias nitricantes y las lechugas
(FAO, 2015). En otros estudios se menciona que a menudo
el rendimiento de las hortalizas de hoja en acuaponía es
similar o incluso superior a los sistemas hidropónicos
(Licamele, 2009; Graber & Junge, 2009 y Savidov, 2005).
En ensayos realizados bajo condiciones de invernadero, se
reportó que los sistemas de acuaponía maduros (sistemas
de 4 a 6 meses en funcionamiento) dieron un crecimiento
acelerado de diversas especies vegetales y rendimientos
más altos que la hidroponía para tomate y pepino (Savidov
, 2005).
Figura 5. Rendimiento (g M.F./m
2
) en las lechugas
cultivadas en los sistemas acuapónico e hidropónico. Las
barras representan la media (n=3)±ES. Letras distintas
indican diferencias signicativas entre los sistemas de
cultivo acuapónico e hidropónico (P≤0,05).
Concentración de nitrato en las hojas de lechuga: En
ambos sistemas de cultivo se observaron diferencias
signicativas en la concentración de nitrato. La
concentración de nitrato para hojas de lechuga acuapónica
e hidropónica fue de 1079±32 y 1229±32 mg/kg M.F.
respectivamente (Figura 6), mostrando una menor
concentración de nitrato en las lechugas acuapónicas.
La concentración de nitrato en lechugas cultivadas
por el sistema acuapónico fue mayor a lo obtenido por
Blidariu et al. (2013) que registraron 810 mg/kg M.F. en
lechugas var. Capitata cv. Española cultivada con residuos
de lucioperca (Sander lucioperca). La concentración de
nitrato en las hojas de lechugas hidropónicas fue superior
a 1087,2 ± 458,1 mg/kg M.F. reportado por Lastra et al.
(2009), para lechugas var. Acephala cultivares Grand
Rapids y Brisa y var. Capitata cultivares Divina y Prima
cultivadas en un sistema raíz otante. Es posible que la
Evaluación de la concentración de nitratos, calidad microbiológica y funcional en lechuga (lactuca sativa L.) cultivadas en los sistemas acuapónico
e hidropónico
Enero - Junio 2018
106
mayor concentración de nitratos en lechugas cultivadas
por el sistema hidropónico observado en este estudio
se explique por la mayor disponibilidad de nitrato en la
solución nutritiva al comienzo que fue de 150 mg/L.
En cambio, en el sistema acuapónico, se mantuvo una
concentración promedio de 14,9 mg/L. En este sentido,
el uso de fertilización nitrogenada como herramienta
para obtener rendimientos altos podría exceder las dosis
adecuadas, favoreciendo una acumulación de nitratos
elevada en los tejidos (Stefanelli et al., 2011; Lastra et al.,
2009 y Santamaria, 2006).
Figura 6. Concentración de nitrato (mg/kg M.F.) en hojas
de las lechugas cultivadas en los sistemas acuapónico e
hidropónico. Las barras representan la media (n=3)±ES.
Letras distintas indican diferencias signicativas entre los
sistemas de cultivo acuapónico e hidropónico (P ≤ 0,05)
Así también, el horario de cosecha es un factor
fundamental en la acumulación de nitratos, ya que la
nitrato reductasa (NR) que degrada los nitratos, se activa
en presencia de radiación fotosintéticamente activa (PAR)
(Raigon et al., 2006). En este estudio, las lechugas de
ambos sistemas se cosecharon a las 12 h. Contreras (2014)
observó una menor acumulación de nitratos en hojas de
acelga (Beta vulgaris L. var. Cicla) cosechadas a las 12
y 21 h, respecto a las hojas cosechadas a las 8 h del día.
Además, los nitratos continúan acumulándose en las hojas
mientras aumenta la edad de la planta, por lo que las hojas
exteriores tienen mayor cantidad frente a las hojas internas
(Anjana et al., 2006). Otro aspecto a considerar es que
la actividad de la NR tiende a disminuir y el nitrógeno a
perder movilidad dentro del oema con la edad del cultivo,
por lo que los nitratos pueden acumularse (Marschner,
1995). Contreras Contreras (2014) también observó
mayor acumulación de nitratos en el tallo y la nervadura
central frente a la lámina de las hojas de acelgas. Por
otra parte, se debe considerar que existe un componente
genético entre especies y cultivares, que varían en su
acumulación de nitrato en las hojas (Lastra et al., 2009). Si
bien en este estudio las lechugas hidropónicas obtuvieron
una mayor concentración de nitrato, esta concentración no
superó el límite máximo establecido por la legislación de
la Comisión Europea (European Commission Commission
Regulation, 2011), que establece como máximo 4000
mg de nitratos por kg M.F. para lechuga de invernadero
cosechadas en invierno.
Recuentos microbiológicos. En ambos sistemas de
cultivo no se observaron diferencias signicativas en los
recuentos microbiológicos al momento de la cosecha.
Los recuentos promedio fueron 3,2±0,1 log UFC/g para
aerobios mesólos 1,0±0,5 log UFC/g para enterobacterias
y 2,3±0,3 log UFC/g para bacterias psicrólas en hojas de
lechugas cultivas por el sistema acuapónico e hidropónico
(Figura 7).
Figura 7. Recuento de aerobios mesólos (RAM),
enterobacterias y bacterias psicrólas (log UFC/g) al
momento de la cosecha en hojas de lechuga cultivadas en
ambos sistemas. Las barras representan la media (n=3)±ES.
Ns, no signicativo (P>0,05)
Mesólos. El recuento de bacterias aerobias mesólas
(RAM) en hojas fue similar al valor reportado por Sirsat
& Neal (2013), quienes encontraron 3,2 log UFC/g para
lechuga romana cultivada por acuaponía en invernadero.
Mientras que Selma et al. (2012) y Scuderi et al. (2011)
reportaron recuentos de 4,0 y 6,0 log UFC/g para lechugas
cultivadas en un sistema hidropónico NGS y raíz otante,
respectivamente.
Enterobacterias. El recuento de enterobacterias fue menor
a 2,3 log UFC/g al reportado por Scuderi et al. (2011) en
un estudio similar.
Psicrólas. El recuento de las bacterias psicrólas en hojas
fue menor al valor reportado por Orellana (2011), quien
encontró 4,9 log UFC/g reportado para hojas de rúcula
cultivada por hidroponía en invernadero. Es importante
tener bajos recuentos de las bacterias psicrólas, ya que
al almacenarse las hortalizas en refrigeración podrían
multiplicarse rápidamente y afectar su calidad (Selma et
al., 2012) .
Los bajos recuentos microbiológicos en las hojas de
lechuga al momento de la cosecha podrían deberse a que en
Alcarraz et al. / Anales Cientícos 79 (1): 101 - 110 (2018)
107
los sistemas de cultivo se utilizó agua potable como fuente
de agua para la puesta en marcha y la recarga del sistema
(Rakocy et al., 2006). Además, las hojas de las lechugas
nunca estuvieron en contacto con el agua de peces en el
sistema acuapónico (Erickson, 2012) ni con la solución
nutritiva en el sistema hidropónico.
La fuente de agua utilizada en los sistemas acuapónicos
tiene una incidencia signicativa en la calidad de los
productos nales, ya sean peces o plantas (Chalmers, 2004).
Una de las bacterias más estudiadas es la Escherichia coli,
la cual se encuentra en los intestinos de animales de sangre
caliente como los cerdos, aves, vacunos, etc. Para que esta
bacteria esté presente en los sistemas acuapónicos debería
provenir de aves o de los mismos operarios, si en la granja
no se aplican las buenas prácticas agrícolas (Fox et al.,
2012). Se considera que la temperatura corporal promedio
de los animales poiquilotermos (cuya temperatura corporal
varía según la temperatura del ambiente) como los peces,
es baja para favorecer la proliferación óptima de la
mayoría de las bacterias entéricas que pueden infectar a
los humanos (Sugita et al., 1996). La preocupación por
la calidad microbiológica de la lechuga es cada vez más
importante, debido a que esta hortaliza se consume cruda,
sin ningún tratamiento letal para los microorganismos
y puede afectar la salud del consumidor (Franz et al.,
2008). Un mayor riesgo de contaminación y un posterior
aumento de las poblaciones microbianas ocurre cuando las
supercies de las lechugas están en contacto directo con
el suelo (Fallovo et al., 2009), a diferencia de los sistemas
acuapónico e hidropónico cultivados por las técnicas raíz
otante o NFT, donde solo las raíces de las plantas están
en contacto con la solución nutritiva y no la parte aérea
comestible (FAO, 2015). Por estas razones, en este estudio
las lechugas cultivadas en ambos sistemas presentaron
recuentos microbiológicos inferiores a lo establecido por
el Reglamento Sanitario de Alimentos para frutas y otros
vegetales pre-elaborados listos para el consumo (Ministerio
de Salud Pública de Chile, 2014). Este reglamento establece
un límite máximo para RAM y enterobacterias de 6,69 y
4,69 log UFC/g, respectivamente.
Fenoles totales y capacidad antioxidante: El contenido
promedio de fenoles totales de 153 mg EAG/100 g M.F.
(Tabla 1) fue superior a los valores reportados por Llorach
et al. (2008) quienes registraron 18,2;
63,5 y 125,5 mg EAG/100 g M.F. para
lechugas iceberg, romana y continental,
respectivamente. El contenido de
fenoles fue similar a la lechuga española
con 164 mg EAG/100 g M.F. e inferior
al de las lechugas tipo francesa con 278
mg EAG/100 g M.F. (Base de datos
antioxidantes en hortalizas, 2015), hoja
de roble rojo con 322 mg EAG/100 g
M.F. y Lollo roso con 571 mg EAG/100
g M.F. (Llorach et al., 2008).
La capacidad antioxidante promedio determinada por
los métodos DPPH y FRAP fue de 157 y 283 mg ET/100 g
M.F. (Tabla 1), inferior a los valores reportados por Llorach
et al. (2008) quienes registraron 244,1 mg ET/100 g M.F.
por DPPH y 323,4 mg ET/100 g M.F. por FRAP para la
lechuga cv. continental. La capacidad antioxidante por
ambos métodos fue inferior al registrado en lechugas de
coloración roja (hoja de roble, Lollo roso) que superaron
los 600 mg ET/100 g M.F. para DPPH y FRAP (Llorach
et al., 2008). Sin embargo, la calidad funcional (fenoles
totales y capacidad antioxidante) varía considerablemente
según variedades botánicas, cultivares, prácticas
culturales, tipo de procesamiento y con las condiciones
de almacenamiento [Llorach et al. (2008) y Nicolle et al.
(2004)]. En general, las lechugas rojas muestran un mayor
contenido de compuestos funcionales respecto a lechugas
verdes [Selma et al. (2012) y Rivera (2014)].
Selma et al. (2012) evaluaron la calidad funcional de
lechugas cultivadas en el suelo e hidroponía obteniendo en
ambos similares contenidos de fenoles y vitamina C. Una
situación similar ocurrió en este estudio donde los métodos
de cultivo no inuyeron en estos parámetros.
Tabla 1. Fenoles (mg EAG/100 g M.F.) y capacidad
antioxidante por los métodos DPPH y FRAP (mg ET/100
g M.F.) en las lechugas acuapónicas e hidropónicas.
Los valores representan la media (n=3)±ES. NS, no
signicativo (P>0,05)
Sistemas
Fenoles totales
mg EAG/100 g M.F.
Capacidad antioxidante mg
ET/100 g M.F.
DPPH FRAP
Acuapónico 156,6±29,4 ns 181,5±43,9 ns 255,5±16,5 ns
Hidropónico 150,3±70, 3 ns 132,7±21,3 ns 309,8±42,1 ns
Incremento de masa fresca de truchas arco iris: En
la Tabla 2 se observa el incremento de masa fresca y el
factor de conversión alimenticia (FCA) de truchas arco
iris cultivadas en el sistema acuapónico. La masa fresca
promedio al inicio del experimento fue de 27,1±0,83 g por
pez. Luego de tres semanas los peces incrementaron su
masa fresca en 13,6±1,5 g con una tasa de alimentación
del 1,44 % de su masa fresca corporal por día. El factor de
conversión alimentaria de los peces fue de 0,74.
Tabla 2. Incremento de masa fresca y factor de conversión alimenticia (FCA)
e incremento de masa fresca semanal de 40 peces del sistema acuapónico.
Los valores de biomasa fresca (número de peces x masa fresca (g) de peces)
son la media (n=3)±ES
SA
Semanas de cultivo
Alimento
consumido
FCA
0 1 2 3
Biomasa
acumulada (g)
1085±33 1294±53 1453±52 1614±78 393±4 0,74
Incremento de
masa fresca (%)
- 19 12 11
Evaluación de la concentración de nitratos, calidad microbiológica y funcional en lechuga (lactuca sativa L.) cultivadas en los sistemas acuapónico
e hidropónico
Enero - Junio 2018
108
Para cualquier sistema de acuicultura, la sobrevivencia
de los peces y los parámetros de crecimiento son de suma
importancia (Lennard & Leonard ,2006). Waynarovich
et al. (2011) indican una mortalidad normal del 5 %
(en un periodo de 4 a 6,5 meses de cultivo) para trucha
arco iris con una masa fresca superior a 25 g dentro de
un sistema acuícola tradicional. En el presente estudio,
no hubo mortalidad de truchas arco iris en ninguna de
las repeticiones para el ensayo de 21 días. En términos
de eciencia de conversión alimenticia, los valores FCA
obtenidos en el presente estudio (Tabla 2) se encuentran
dentro del rango descrito por Merino y Von-Brand (2015).
Este autor indicó como adecuado un FCA < 1 para
ejemplares de trucha arco iris con una masa fresca menor
a 100 g y alimentados con pellets con un 42 % de proteína
cultivadas en un sistema acuapónico comercial. En otro
estudio, Lennard & Leonard (2006) y Palm et al. (2014)
obtuvieron en sistemas acuapónicos un FCA de 0,85 y 0,93
para bacalao Murray (Maccullochella peelii peelii) y tilapia
del Nilo (Oreochromis niloticus), respectivamente, ambos
asociados al cultivo con lechuga. El crecimiento y FCA de
los peces depende directamente de la calidad y cantidad del
alimento y la calidad de agua durante el cultivo (Palm et
al., 2014) . El alimento que se utilizó en el presente estudio
contiene un 48 % de proteína y los diferentes parámetros de
calidad de agua estuvieron dentro del rango recomendado
para trucha arco iris (Endut et al., 2010).
A la vista de los resultados y considerando otras
investigaciones, se puede armar que existe un efecto
sinérgico entre los dos subsistemas productivos
(hidropónico y acuícola), obteniéndose en ambos, buenos
rendimientos en hortalizas y peces. Se debe tener en
cuenta que este estudio tuvo una duración de 21 días,
con el propósito principal de diseñar y probar un sistema
acuapónico que alcance el equilibrio entre los subsistemas
y que asegure la producción de lechugas frescas, nutritivas/
funcionales e inocuas junto a la de peces vivos.
4. Conclusiones
Las lechugas cultivadas por el sistema acuapónico
obtuvienen un mayor rendimiento y una menor
concentración de nitratos en las hojas frente a las lechugas
cultivadas por el sistema hidropónico.
Las lechugas producidas en ambos sistemas tuvieron
similar calidad microbiológica y funcional resultando
aptas para el consumo humano.
Los peces producidos en el sistema acuapónico incrementan
la masa fresca y presentan un buen factor de conversión
alimentaria.
Por lo que el sistema acuapónico es una tecnología
eciente para producir truchas arco iris y lechugas frescas
de calidad, especialmente en las poblaciones donde el agua
y/o fertilizantes son recursos limitados.
5. Agradecimientos
Al Proyecto FIC 30137762-0 de la Región de Coquimbo
(Chile) “Diversicación de la industria alimentaria de la
Región de Coquimbo a través del desarrollo sustentable de
un proceso productivo en acuaponía”, Brianna, Gadiel y a
los integrantes del CEPOC.
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