ESTRATEGIAS SOSTENIBLES PARA UN MANEJO INTEGRAL DE LOS RESIDUOS Y SUBPRODUCTOS ORGANICOS DE LA INDUSTRIA AGROALIMENTARIA

SUSTAINABLE STRATEGIES FOR INTEGRATED MANAGEMENT OF AGROINDUSTRIAL FRUIT AND VEGETABLE WASTES

DIGESTION ANAEROBIA ANAEROBIC DIGESTION

COMPOSTAJE-ENSAYOS DE SEMILLERO Y CAMPO COMPOSTIG-NURSERY ASSAY AND FIELD TRAIL

EXTRACCION DE COMPUESTOS DE INTERES EXTRACTION OF COMPOUNDS OF INTEREST

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AGROWASTE (LIFE10ENV/ES/469)

MÁS CERCA

AGROWASTE (LIFE10ENV/ES/469)

CLOSER

CONTENIDOS/CONTENTS

PRESENTACIÓN 3 DIGESTION ANAEROBIA 4-6 COMPOSTAJE 7-10 ENSAYO EN SEMILLERO 11-14 ENSAYO EN CAMPO 15- 19 EXTRACCION DE COMPUESTOS DE INTERES 20-23 PRESENTATION 25 ANAEROBIC DIGESTION 26-28 COMPOSTING 29-32 NURSERY ASSAY 33-36 FIELD TRAIL 37-41 EXTRACTION OF COMPOUNDS OF INTEREST 42-45

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PRESENTACIÓN

El proyecto AGROWASTE (LIFE10/ENV/ES/469) titulado Estrategias sostenibles para un manejo integral de los residuos y subproductos orgánicos de la industria agroalimentaria, se ha realizado con la contribución del instrumento financiero LIFE de la Unión Europea. El sector conservero murciano presenta una amplia gama de elaborados alimenticios, conocidos ampliamente con el concepto tradicional de ‘conserva vegetal’. Especial protagonismo tienen las empresas que se dedican al procesado de vegetales (hortalizas, frutas o ambas), en las que se incluyen las actividades correspondientes a la “Fabricación de conservas de frutas y hortalizas” y a la “Fabricación de Zumos y néctares” (de frutas y hortalizas); las mermeladas y compotas y otros cremogenados; así como encurtidos y aceitunas, y salsas. Por sus excelentes materias primas y su alto grado tecnológico y de especialización, la producción de conservas y zumos han posicionado a la Región de Murcia en los primeros puestos en lo que se refiere a exportaciones, comercializando sus productos principalmente en países de la UE y EE.UU. (Informe Sectorial, INFO2014). Derivado de estas actividades se han generado y se generan cantidades importantes de residuos y sub-productos orgánicos 500000T/año (campaña 2011-2012) con un valor intrínseco que no se tiene en cuenta, ya que se destina principalmente a alimentación animal, y por consiguiente se pierden muchos recursos, es aquí donde el proyecto AGROWASTE ha fijado su objetivo principal. El objetivo principal ha sido poner a disposición de los empresarios del sector de los transformados de frutas y hortalizas, las tecnologías de valorización más adecuadas para sus residuos y subproductos, que les genere por un lado un beneficio medioambiental ya que estos poseen un alto valor, para su aplicación en diferentes campos; así como económico, ya que su valorización mediante diferentes tecnologías puede suponer un reporte económico. Lo que en esta memoria presentamos son los resultados más destacados de la acciones de demostración desarrolladas en el proyecto, para completar el objetivo principal. Estas acciones consistieron en la valorización de los residuos y sub-productos mediante el desarrollo de diferentes procesos: digestión anaerobia dirigida a la obtención de biogás, compostaje para la utilización de los composts obtenidos en agricultura, y por ultimo la obtención de compuestos de interés a partir de los sub-productos para la obtención de alimentos funcionales

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DIGESTION ANAEROBIA

La digestión anaeróbia consiste en la descomposición de material biodegradable en ausencia de oxígeno para dar como resultado dos productos principales: biogás (compuesto mayoritariamente por metano) que se puede aprovechar energéticamente en motores de co-generación, calderas, vehículos, red de gas natural, o pilas de combustión, y el lodo estabilizado, conocido como digerido o digestato que tras un proceso de estabilización puede ser usado como enmienda orgánica de suelo. Los subproductos generados por el sector de transformados vegetales se pueden incluir dentro del grupo general de subproductos agroindustriales, materiales que han sido evaluados por el Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente para la obtención de biogás (Foto 1). La producción de biogas para cada tipo de sustrato es variable en función de su carga orgánica y su biodegradabilidad. Los residuos agrícolas y los lodos de depuración poseen entre un 50-80% de metano. Existen opciones que permiten mejorar la producción de biogás de estos sustratos como puede ser la mezcla con sustratos de mayor biodegradabilidad (co-digestion), pretratamiento para mejorar la biodegradabilidad del sustrato o un aumento de la temperatura para mejorar la velocidad de crecimiento de los microorganismos y la eficiencia de la fase hidrolítica.

Foto 1. Sub-productos utilizados para la digestión anaerobia

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DIGESTION ANAEROBIA

Nuestra actividad se desarrolló mediante la utilización de lodos de depuración de las industrias de transformados de frutas y hortalizas para la producción de biogás y mezclada con sustratos como por ejemplo restos de alcachofa (co-digestión). Usamos un digestor anaerobio de 310 litros, en condiciones mesófilas (35 ºC) y en agitación continua. El digestor posee un alimentador de muestra sólida y líquida acoplado a un sistema de carga y descarga automático (Esquema 1).

Se realizaron diferentes ensayos de digestión anaerobia donde se utilizó lodo anaerobio urbano como semilla para el arranque de la digestión. Los residuos empleados en distintas mezclas han sido: lodo de depuración del procesado de alcachofa y pimiento, y lodo del procesado de frutas, además de tres sub-productos del procesado de la alcachofa, melocotón y tomate (para la co-digestión). Las características de los materiales de partida fueron adecuadas para la realización del proceso de digestión anaerobia (Tabla 1). Tabla 1. Características de los materiales de partida

Parámetros

Lodo de depuración

urbana

Lodo del procesado de

alcachofa y pimiento

Lodo de

tomate y cebolla

Lodo de frutas

Restos Alcachofa

Pulpa de melocotón

Restos de tomate

pH 7.8 6.3 6.3 6.2 4.8 3.9 4.5

CE (dS m-1) 1.4 3.5 3.5 4.7 4.5 8.7 2.6

C/N 2.5 5.8 5.5 8.8 49 48 33

%ST 1.4 2.9 0.87 1.5 25 23 24

Esquema 1. Digestor

anaerobio

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DIGESTION ANAEROBIA En general, la incorporación de los diferentes sub-productos con un valor bajo de pH podría acidificar el proceso, pero se compenso con los valores más elevados de pH de los lodos manteniendo valores de mezcla entre pH 7.0-7.5, que son los recomendados para un buen proceso de digestión. La incorporación de estos subproductos con valores de solidos totales (ST) mayores que los lodos favorecieron la producción de biogás (Fig.1), aunque no en todas ellas la producción de metano. En general, los valores del FOS/TAC se mantuvieron entre 0.2-0.3 indicativo de la estabilidad del proceso.

Fig. 1 Producción de biogás acumulada (la flecha indica la incorporación de alcachofa). Con los ensayos realizados dentro de esta acción se puede concluir que el uso de lodos de depuración de depuradoras de transformados de frutas y hortalizas y mezclados con un adecuado sub-producto como es la alcachofa o los restos de tomate se puede obtener un biogás de calidad con producción de metano de entre 50-70%, dando una salida diferentes a estos subproductos que no sea la alimentación animal y que gracias al estudio económico se puede ver que puede tener un retorno de por lo menos el 10% (www.agrowaste.eu).

DIGESTION PROCESS

DIGESTION LODO

CODIGESTION WITH ARTICHOKE

CODIGESTION LODO Y RESTO

ALCACHOFA

START-UP ARRANQUE DIGESTION

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Restos de tomate

Lodo pimiento y cítrico

Restos zanahoria

Poda

Restos naranja

Restos cebolla

Compostaje escala macro

Compostaje escala micro

Foto 2. Diferentes materiales de partida y pilas de compostaje

COMPOSTAJE

El proceso de compostaje es una técnica ampliamente desarrollada pero no por ello ha perdido su valor, ya que mediante esta técnica podemos poner en valor no solo los sub-productos sino también los residuos de la industria de transformados de frutas y hortalizas, aprovechando la materia orgánica contenida en ellos, así como su valor nada despreciable en micro- y macro-nutrientes, como enmienda orgánica de suelos produciendo una mejora de sus propiedades físicas, químicas y microbiológicas favoreciendo el crecimiento de las plantas. Puede ser además utilizada como sustrato de cultivo en semillero y vivero, sustituyendo parcialmente a la turba cuya extracción genera importantes problemas medioambientales y además tiene el inconveniente de permitir el desarrollo de enfermedades bacterianas o fúngicas transmitidas a través del sustrato. Durante el proyecto se realizaron 25 pilas de compostaje, realizadas en tres tiempos diferentes con el objetivo de poder utilizar los residuos y sub-productos en función de su temporalidad para alcanzar a todos los sub-productos generados durante un año (Foto 2).

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COMPOSTAJE

Teniendo en cuenta la temporalidad y la disponibilidad de los residuos y sub-productos, las mezclas se realizaron en base a diferentes criterios principalmente los basados en las características químicas de los materiales, para obtener una relación C/N inicial de entre 25-35, una humedad de la mezcla entre 50-60% y un pH de la mezcla entre 5-8, para que se produzca un buen desarrollo del proceso y obtengamos composts de calidad. Además, también se introdujeron criterios como mezcla de productos mayoritarios ejm. restos de alcachofa, pimiento o naranja y aquellas que por sus características pueden conferir a los composts obtenidos un valor añadido en cuanto a la mejora del carácter biopesticida, biofertilizante o bioestimulante (ej. Ajo, cebolla, brócoli, tomate…) (Tabla 2). Tabla 2. Ejemplos de algunas mezclas de pilas de compostaje

Pilas

Peso seco

C2_M

(%)

C7_M

(%)

C8_M

(%)

C9_M

(%)

Pilas

Peso seco

C5_S

(%)

C6_S

(%)

Lodo pimiento 12,5 - - - Lodo de

melocotón

- 29

Ajo - - - - poda 25 15

Almendra - - 22 - pera 75 -

Poda 75 68 26 47 melocotón - -

Zanahoria - - 15 - limón - -

Naranja - - - 18 tomate - 30

Pimiento 12,5 16 - - cebolla - 26

Alcachofa - 16 - -

Brocoli - - 37 -

Lodo cítrico - - - 35

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Foto 3. Ejemplo de proceso de compostaje en imágenes

COMPOSTAJE

Durante el proceso de compostaje todas las pilas se humedecieron periódicamente para mantener una humedad entre 50-60%. Las temperaturas de las pilas fueron registradas de forma automática a lo largo del proceso. Al inicio del proceso, las temperaturas mostraron valores dentro de un rango mesófilo, y dependiendo de la mezcla y de las características de las mismas, estas pasaron a valores dentro de los rangos termófilo, que en la mayoría de los casos fueron entre 50 y 60 ºC, alcanzando en algunos casos temperaturas de 70 ºC. Tras un periodo de entre 7 y 30 días de fase termófila, las pilas vuelven a un rango mesófilo hasta alcanzar la temperatura ambiente, momento en el cual se puede indicar que el proceso de compostaje entró en una fase de maduración, cuyo periodo fue siempre como mínimo de 30 días hasta llegar en algunos casos a los 45-50 días (Foto 3). La literatura indica que los rangos de temperatura más efectivos se encuentran entre 50-60 ºC, aunque otros indican la necesidad de alcanzar los 70 ºC para eliminar patógenos. La mayoría de las pilas mostraron entre 2-3 subidas de temperatura, mientras que otras solo realizaron una única subida y al final del proceso no mostraron los parámetros adecuados para considerarlos compost maduros de calidad. La aireación de las pilas mediante volteos y/o aireación forzada es una actividad muy importante que se realizo para evitar subidas de temperatura por encima de 65 ºC y permitir homogeneizar las mezclas para un mejor proceso de compostaje (Foto 3).

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COMPOSTAJE Durante el proceso de compostaje la materia orgánica se degrada por medio de los microorganismos existentes en agua, por lo que la disminución de la materia orgánica como carbono hidrosoluble (Cw) actúa como indicador de madurez de los compost con valores en general < 3g kg-1. Además de una disminución de la relación C/N con valores que alcanzan entre 14-17. Valores en ambos casos en los límites sugeridos por diferentes autores como compost maduros. Los compost obtenidos en las diferentes pilas de compostaje se utilizaron como sustrato de cultivo en semillero y como enmienda orgánica de suelo. Algunas de la pilas de compostaje fueron inoculadas durante la fase de maduración con diferentes microorganismos para generar un valor añadido agronómico al producir un aumento de la capacidad biofertilizante y biopesticida de los composts y dar un valor añadido a los composts. Los microorganismos inoculados fueron Trichoderma harzianum (T. harzianum), que es un agente de control biológico ampliamente descrito en la bibliografía que actúa frente a diferentes patógenos de planta como por ejemplo. Fusarium sp. o Phythoptora sp. y Aspergillus niger un microorganismo con capacidad de solubilizar fósforo. Se inocularon a una dosis de 107 ufc y se monitorizo hasta el final de la maduración de los compost (Foto 4).

Foto 4. Inoculación de microorganismos en las pilas de compostaje

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ENSAYO EN SEMILLERO

Los compost obtenidos fueron ensayados como sustrato de cultivo en semillero principalmente para el cultivo de pimiento y/o melón, ya que Murcia es una de las principales comunidades autónomas productoras de ambos, situando a España en la primera productora de pimiento y melón en Europa con una exportación del 50% del melón y el 40% del pimiento. Actualmente, el principal sustrato orgánico utilizado en semillero es la turba por sus buenas características agronómicas. Sin embargo es casi siempre no supresivo frente a diferentes patógenos de plantas y además, las turberas están consideradas como importantes sumideros de CO2. Por eso la combinación de compost y turba puede ser una buena alternativa a las turbas como sustrato de cultivo en semillero con cantidades de hasta el 50%, obteniendo buenos resultados como los aquí ensayados tanto por la obtención de plantulas de calidad aptas para su trasplante a campo como por su capacidad supresiva frente a diferentes patógenos de plantas (Foto 5). La mayoría de los compost obtenidos utilizados como sustrato de cultivo no poseen ningún riesgo de microorganismos patógenos ni metales pesados (Tabla 3) (APA/863/2008). Poseen, en general, buenas propiedades físicas (Tabla 3), dentro de los valores dados como sustratos “ideal”. Solo los valores de CRH son menores de los esperados, pero si dentro de los valores normales para ser compost, lo que indicaría la necesidad de incorporar agua con mayor frecuencia en pequeñas cantidades.

Foto 5. Siembra en semillero

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ENSAYO EN SEMILLERO

Los valores de pH y CE son importantes para la calidad de la plántula. Los valores de pH se encuentran por encima de lo que se considera un sustrato ideal pero dentro de los pH teóricos de crecimiento de los cultivos pH 5-8. Mientras que los valores de CE se encuentran dentro del rango aceptado como sustrato de cultivo “ideal” <3 (dS m-1), ya que con valores por encima de 6-7dS m-1 dieron problemas de germinación, por lo que no fueron viables. En general, los compost poseen buen contenido en macro y micronutrientes similares a otros compost agroindustriales (Tabla 3).

C2_M C7_M C8_M C9_M C5_S C6_S

pH 8,45 8,89 9,25 8,52 8,85 7,54

CE (mS cm-1) 1,94 2,60 1,74 1,45 3,22 4,25

Macro-Micro elementos

C/N 17 14 17,51 17 20,80 13,84

Nt (g kg-1) 25,09 22,27 24,52 23,34 18,1 26,4

P (g kg-1) 3,7 4,0 3,3 2,9 1,9 5,2

K (g kg-1) 24,3 28,9 27,6 13,4 16,1 11,4

Fe (mg kg-1) 766,40 798,77 819,20 1283 3240 1695

Mn (mg kg-1) 68,24 76,95 63,75 86,62 118,8 46,52

Metales pesados

Cd (mg Kg-1) <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 0,1 0,15

Cu (mg Kg-1) 17,42 16,42 11,82 17,09 12,25 32,3

Cr (mg Kg-1) 10,52 5,77 5,03 12,08 10,66 67,0

Pb (mg Kg-1) 2,06 1,73 2,26 3,95 3,03 3,07

Ni (mg Kg-1) 4,74 2,60 1,63 4,57 7,2 27,16

P. físicas

Da (g cm3) 0,463 0,518 0,485 0,356 0,45 0,47

Contracción (%) 12,46 19,80 30,61 24,18 11,9 20,1

CRA(%) 441 469 426 426 420 450

Patógenos

Salmonella en 25g A A A A A A

Listeria A A A A A A

Estreptococos fecales 2000 1200 360 3100 2000 1400

E.coli 540 <10 <10 2000 <10 <10

Multiliquido <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ

Multiresiduo <LQ <LQ <LQ Imazalil 0.13mg/kg

<LQ <LQ

Tabla 3. Características de algunos de los compost obtenidos

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A: Ausencia; LQ: Limite de cuantificación

ENSAYO EN SEMILLERO

Ensayamos diferentes tratamientos (sustratos de cultivo) los cuales se elaboraron mezclando cada uno de los compost obtenidos con turba comercial (50/50 v/v) y 100% turba como control. Las semillas de pimiento (Capsicum annuum cv. Lamuyo) y de melón (Cucumis melo L cv. Giotto) se sembraron en bandejas de 150 alveolos, una semilla por alveolo con una cubierta de vermiculita. Los tratamientos se establecieron en diseños al azar con seis replicas por tratamiento (10 alveolos por tratamiento y bandeja). La germinación se realizó en una cámara de germinación. Una vez germinadas las semillas se pasaron a una cámara de cultivo con condiciones de luz día/noche. Uno de los aspectos clave fue el calculo de porcentaje de germinación, y además, sobre las plantas también se realizó un seguimiento de la altura, clorofila y ciertas observaciones de relevancia respecto a la calidad de la plántula según el ensayo. Cuando la primera hoja verdadera apareció, tres de las réplicas de cada tratamiento, fueron inoculadas con 2 ml de Phythoptora parasítica (105 ufc g-1 sustrato) en pimiento o 2 ml de Fusarium Oxysporum sp. melonis para el melón. El efecto supresivo de los compost se determinó midiendo la severidad de la enfermedad. La Tabla 4 muestra los resultados de algunos de los composts ensayados en semillero. El ensayo en semillero nos mostró como la germinación de las semillas de pimiento en una mezcla 50/50 compost/turba en algunos compost fueron igual e incluso en algunos casos mayor (91-94%) que la turba (92%), y la altura de las plántulas fue en general mayor (11.00-11.62cm) que la turba (8.89 cm). La capacidad que tienen ciertos compost de combatir ciertos patógenos de plantas depende del tipo de compost y sus propiedades bióticas y abióticas y del patógeno. Los tratamientos C2_M y C7_M mostraron el menor porcentaje de incidencia de la enfermedad (15-17%) (Tabla 4).

Compost Índice de germinación

(%)

Altura

(cm) Clorofila

Plantas Infectadas

(%)

C2_M 94,33 11,40 28,91 16,7

Turba 92,00 8,89 32,47 75,0

C7_M 93,33 11,00 30,00 15,0

C8_M 94,00 11,62 29,83 33,3

C9_M 91,33 11,22 30,18 30,0

Tabla 4. Parámetros medidos en el ensayo de pimiento en semillero de algunos composts

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ENSAYO EN SEMILLERO

Dentro de las propiedades abióticas estudiadas no se encontraron diferencias significativas entre los diferentes composts, sí que podemos observar para los tratamientos C2_M y C7_M un material inicial común (pimiento) que podría influir en la capacidad supresiva. Por otro lado ambos compost solo han alcanzado temperaturas de 60ºC en su fase termófila y esto ha podido generar una recolonización de microorganismos con mayor capacidad antagonista. Donde se pueden identificar cuatro mecanismos biológicos importantes, competencia por nutrientes, generación de antibiosis/ parasitismo e inducción de resistencia de la planta. Podemos concluir que los compost de calidad usados como buenos sustratos de cultivo a partes iguales con la turba genera plántulas de calidad, y además algunos de los compost (ejm C2_M, C7_M) presentan un efecto supresivo frente a Phytopthora parasítica. Los ensayos realizados con semillas de melón, mostraron un índice de germinación en algunos casos menor que con las semillas de pimiento (Tabla 5), por lo que podemos decir que las semillas de melón parecen ser más sensible a los posibles efectos negativos que puedan generar los compost. En general, este efecto puede ser atribuido al efecto de la salinidad en los composts entre (1,90-2,60 mS/cm), puesto que está demostrado que el melón es más sensible a este efecto que el pimiento. Los compost mostraron en general menor índice de germinación que la turba, hecho que hay que tener en cuenta, sin embargo, la altura de las plántulas fue igual e incluso mayor que la altura de las plántulas crecidas en turba, con valores muy próximos de clorofila (Tabla 5). Respecto al porcentaje de incidencia del patógeno, solo el compost C8_M mostró valores similares a los presentados en la turba, mientras que los composts C9_M y C2_M mostraron un mayor efecto supresivo frente al patógeno. Lo que nos llevaría a concluir que nos quedaríamos con el compost C9_M ya que presenta un valor elevado de germinación importante en los semilleros, además, muestra valores elevados de altura y clorofila, y un elevado efecto supresivo. Esto indica que no todos los compost son igual de efectivos frente a diferentes patógenos.

Compost Índice de germinación

(%)

Altura

(cm) Clorofila

Plantas Infectadas

(%)

C2_M 76 9,48 23,55 38,88

Turba 98 8,87 26,68 83,88

C7_M 94 8,68 22,88 61,11

C8_M 86 8,93 21,31 94,00

C9_M 98 9,00 26,35 27,77

Tabla 5. Parámetros medidos en el ensayo de melón en semillero en algunos compost

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ENSAYO EN CAMPO

En estos ensayos de campo se utilizaron los composts como sustrato de cultivo y como enmienda orgánica para ver resultados reales en campo relativos a la producción. Cultivamos cuatro cultivos lechuga, calabaza, pimiento y vid. A continuación se van a exponer algunos de los resultados obtenidos más destacados . Cultivo de calabaza Las semillas de calabaza se sembraron en una mezcla de compost/turba al 50% y se mantuvieron en semillero hasta el momento de su trasplante a campo por lo que las condiciones de crecimiento son las que realizan normalmente en el semillero, el porcentaje de germinación de las semillas de calabaza fue en todos los tratamientos de entre 97%-98%. En este ensayo quisimos ver la diferencia en la producción de calabaza que se produjo entre plántulas de calabaza crecidas en turba y las que crecieron en diferentes composts. La irrigación y fertilización de las mismas se realizó siguiendo las pautas del agricultor ecológico encargado del cultivo. Los resultados mostraron que los tratamientos C_T (compost inoculado con T. harzianum) , C_T_A (Compost inoculado con T. harzianum y A. niger) y C_R (Compost con roca fosforada) muestran mayor número de unidades de calabaza con valor comercial, así como mayor peso medio de las calabazas recogidas que los obtenido con las plántulas crecidas en turba, por lo que con esto tenemos un dato real de la posible utilización de estos compost como sustituto de la turba, que el efecto no solo se ve reflejado en semillero, sino que el desarrollo de la planta en campo tiene una mayor aptitud y vigor para dar una mayor producción tanto en número como en peso (Fig. 2). El compost base utilizado para la inoculación de los microorganismos estaba formado en peso seco por Lodo de pimiento 24%, cascara de almendra 5%, Poda 29%, restos de Ajo 3%, restos de pimiento 3% y de zanahoria 36%. Tratamiento Control (compost) y C_A es el compost inoculado con A. niger.

Fig. 2. Unidades de calabazas recogidas así como peso medio de las mismas de los diferentes tratamientos ensayados

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ENSAYO EN CAMPO

Los análisis nutricionales realizados a las calabazas mostraron que los tratamientos con los compost C_T, C_T_A y C_R los cuales mostraron mayor unidades de calabaza recogidas así como un mayor peso medio, mostraron un contenido en macro-nutrientes con valores ligeramente inferiores a los observados en la turba, mientras que los micro-nutrientes mostraron valores ligeramente mayores que los presentados por la turba (Tabla 6). Por lo que la sustitución parcial de la turba por esos tres compost a nivel de semillero y su posterior uso en campost es una metodología que se puede usar dentro de una agricultura sostenible (Foto 6).

Tratamientos N total

(g/100g) P

(g/100g) K

(g/100g) Fe

(mg/Kg) Cu

(mg/Kg) Mn

(mg/Kg)

Control 1,89 0,19 2,56 33,11 5,69 17,23

C_T 1,73 0,15 2,16 30,27 5,28 17,73

C_T_A 1,63 0,13 2,04 24,55 4,57 14,42

C_A 1,71 0,13 1,98 23,26 4,60 12,84

C_R 1,81 0,14 2,03 35,78 5,52 13,30

Turba 1,92 0,16 2,42 26,51 5,22 15,11

Tabla 6. Análisis de micro- y macro- nutrientes de las calabazas recogidas en el ensayo de campo.

Foto 6. Detalles de la plantación de calabaza desde plántula hasta recolección de la calabaza

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ENSAYO EN CAMPO

Cultivo de pimiento En este ensayo utilizamos el compost inoculado con T. harzianum que se utilizo en el cultivo de campo de calabaza. Los objetivos de este ensayo fueron por un lado ver si la utilización de este compost al 50% con turba puede actuar como sustrato de cultivo de plántulas de pimiento y ver su efecto real en campo, y por otro lado ver si la incorporación de compost como enmienda orgánica de suelo como abonado de fondo, en vez de usar otro tipo de abono, favorecía el cultivo de pimiento y con ello la recolección. Así como la interacción entre ambos factores. Para ello sembraron semillas de pimiento variedad Águila y se mantuvieron en el semillero en las condiciones que utilizan habitualmente hasta el momento adecuado para ser trasplantadas en campo. Se sembraron seis filas por tratamiento con una media de 70 plantas por fila las cuales se fueron contando a lo largo de la recogida del pimiento para contabilizar las perdidas respecto al resultado final. En el centro del invernadero se incorporó en vez del abono de fondo habitual, compost en una proporción de 0.75 kg m-2 (Foto 7). El desarrollo del cultivo (fertilización, agua y uso de plaguicidas permitidos en agricultura ecológica) se realizó conforme a las pautas marcadas por el agricultor ecológico a cargo de la plantación. La recolección se realizó una vez a la semana durante los meses de Mayo hasta Julio.

Foto 7. Imagen del diseño de las distintas filas con los tratamientos en el ensayo de campo de pimiento

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ENSAYO EN CAMPO

La Fig. 3, muestra los resultados obtenidos respecto al peso medio de pimiento por tratamiento, así como el número de unidades de pimiento obtenidos por tratamiento. Los resultados indicaron que en los suelos enmendados, las plántula crecidas en compost/turba (1/1) (C-Compost) obtuvo mayor peso medio de pimiento, así como mayor número medio de pimientos a lo largo de la recogida, que los pimientos cuyas plántulas fueron crecidas en turba (C-Turba). Mientras que en los suelos sin enmendar, las plántulas crecidas en compost (Compost) dieron pimientos con un peso medio y un numero de pimiento medio similar a las plántulas crecidas en turba (Turba), observando como esto incrementa en los dos últimos meses de la recogida, mostrando valores en el compost mayores que la turba.

Fig. 3. Número de unidades y peso medio de pimientos durante el ensayo

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ENSAYO EN CAMPO

Todos los pimientos mostraron una calidad adecuada para su comercialización (Foto 7) así como un buen contenido en nutrientes (Tabla 7), mostrando todos ellos valores similares. En general, el tratamiento con el suelo enmendado con compost y las plántulas crecidas en compost mezclada con turba (1/1) mostraron valores de nutrientes ligeramente superiores Con estos ensayos podemos concluir que el uso de composts como enmienda orgánica de suelos agricolas y como sustituto parcial de la turba en semillero tiene una salida muy importante de valorizar los residuos y sub-productos de este tipo de industria de los transformados de frutas y hortalizas, generando beneficios medioambientales y económicos.

Tratamientos N total (g/100g) P

(g/100g) K

(g/100g) Fe

(mg/Kg) Cu

(mg/Kg) Mn

(mg/Kg)

Turba 1,42 0,25 2,00 34,5 7,90 16,20

Compost 1,37 0,21 2,10 22,5 6,30 14,60

C-turba 1,44 0,28 2,50 27,5 8,60 14,79

C-Compost 1,50 0,30 2,30 33,3 8,00 15,50

Tabla 7. Análisis de micro- y macro- nutrientes de los pimientos recogidas en el ensayo de campo.

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EXTRACCION DE COMPUESTOS DE INTERES

El aprovechamiento de los sub-productos de la industria de los transformados de frutas y hortalizas tiene que tomar fuerza ya que si no se pierde un potencial muy importante cuya recuperación puede ser de importancia para la industria alimentaria. Por eso es importante obtener información sobre los beneficios de estos (ejm. sub-productos de cítricos, alcachofa brócoli, fresa, melocotón, albaricoque, ajo, cebolla, lechuga, manzana, membrillo, pimiento, tomate, zanahoria o pera) sobre nuestra salud y su potencial como consecuencia de su contenido en metabolitos secundarios activos, ácidos orgánicos y fibra entre otros. De tal manera, que su extracción, adecuación y aplicación en nuestra dieta lleva al desarrollo de una serie de alimentos funcionales o complementos que, en todo caso, presentan ventajas para nuestra salud. Dos materias primas muy utilizadas en la Región de Murcia como es la Alcachofa y el Limón generan volúmenes muy importantes de sub-productos entre el 50-60% de la materia prima procesada cuyo destino principal es la alimentación animal, de forma que si obtiene un beneficio de su valorización repercutirá en los costes de la materias primas. Ambos subproductos poseen compuestos de interés con propiedades antioxidantes (Cinarina) y propiedades beneficiosas de carácter gastrointestinal (Fibra alimentaria) como es el caso de la alcachofa y con propiedades gelificantes (Pectina), propiedades antinflamatorias (Hesperedina) y propiedades beneficiosas de carácter gastrointestinal (Fibra alimentaria) como es en el caso del limón. La Cebolla es una materia prima utilizada mayoritariamente en los congelados, genera un gran volumen de residuos aunque solo un 10% del peso de la materia prima se procesa, así como el Ajo. Los subproductos del procesado se destinan mediante gestor a alimentación animal por lo que cualquier valorización va también a repercutir en el coste de la materia prima. Estos subproductos poseen actividad antioxidante (Flavonoides-Quercetina) como es el caso de la cebolla y propiedades antimicrobianas (Compuestos Azufrados) y propiedades beneficiosas de carácter gastrointestinal (Fibra alimentaria) como es el caso del ajo. Por último la Fresa y en general frutos rojos pueden actuar como Colorante natural en alimentación y propiedades antioxidantes (Antocianinas). Nuestras demostraciones a nivel piloto consistieron en el desarrollado de un protocolo de extracción de los compuestos de interés a partir de los cinco sub-productos de la industria de los transformados de frutas y hortalizas comentados anteriormente, basado en tecnologías de bajo coste, existentes en la empresa, así como no agresivas, y su utilización para la obtención posterior de alimentos funcionales como son mermeladas, confituras, purés de verduras, pasta enriquecida o mouse. Los cuales fueron sometidos a un panel de catas para valorar su aceptabilidad (Foto 8).

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EXTRACCION DE COMPUESTOS DE INTERES

De las diferentes extracciones realizadas comentadas con anterioridad se va a explicar con mayor detalle una de las experiencias que fue la extracción de un puré de limón con capacidad gelificante (pectina), antioxidante (hesperidina) y rico en fibra a partir de corteza de limón (Foto 8, Esquema 2) .

MATERIA PRIMA: corteza limón

LAVADO

FILTRADO Y CENTRIFUGADO

SEPARACIÓN DE FASES (escurrido y centrifugación)

ABLANDAMIENTO 100ºC; 40min (en

calderín)

HUESOS Y PARTES NEGRAS

REDUCCIÓN DE TAMAÑO (picadora)

REDUCCIÓN DE TAMAÑO (molino helicoidal)

AGUA

AGUA

SEPARACIÓN (rejilla)

LAVADO

AGUA

AGUA

OTRAS VALORIZACIONES: EJM. EXTRACCIÓN DE ACEITES

ENFRIAMIENTO AGUA

AGUA

AGUA

Rdto: 125-130%

AGUA

PURÉ DE LIMÓN (capacidad gelificante)

129g puré producto/ 100g corteza limón

Esquema 2. Proceso de extracción del puré de limón.

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En la Tabla 8, podemos ver los valores nada despreciables de Hesperidina, Fibra alimentaria y Pectina que tiene la corteza de limón, y que después de un proceso sencillo de bajo coste y no agresivo como se comentó anteriormente y como se describe en el Esquema 2, obtenemos un puré de limón también rico en dichos compuestos de interés, a partir del cual se han elaborado confituras, mermelads y crema de membrillo (Foto 9) con valores nutricionales iguales a los productos comerciales .

EXTRACCION DE COMPUESTOS DE INTERES

Determinación Valor

Patógenos Ausencia

Plaguicidas (mg/Kg) No detectados en limones de producción orgánica

pH 3,47-3,66

Humedad (g/100g) 84,50-88,24

Hesperidina (mg/Kg) 1287-3150

Fibra alimentaria (g/100g) 6,6-7,0

Pectina (g/100g) 7-15

Tabla 8. Análisis de corteza de limón

Foto 8. Imagen del desarrollo de puré gelificante a partir de limón para su uso como espesante en mermeladas y las catas realizadas para probar el producto

Determinación Valor

pH 3,65-3,67

Hesperidina (mg/Kg) 978-2849

Pectina (g/100g D-Uronic acid) 1,80-2,34

Fibra alimentaria (g/100g) 4,0-5,0

Tabla 9. Análisis de puré de limón

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EXTRACCION DE COMPUESTOS DE INTERES

La aceptación de estos productos por el consumidor fue buena, aunque se ha de indicar que detectaron sabor a limón en los productos elaborados, el cual fue agradable cuando la formulación incluía azúcar, pero no tanto en las mermeladas sin azúcar. El puré de limón también aporto coloración pero esto fue valorado positivamente, destacando que las mermeladas tenían mayor luminosidad. Un aspecto que si hay que tener en cuenta para futuras demostraciones es la granulometría del puré de limón que se pudo percibir en las mermeladas y confituras. Por lo que concluyendo con esta actividad está claro que obtener compuestos de interés a partir de sub-productos de la industria de transformados de frutas y hortalizas es una puerta abierta y muy interesante para la valorización de los mismos, haciendo que no solo sea una ventaja medioambiental, sino para la salud evitando el uso de químicos en los alimentos, sino también económico, ya que puede llegar a tener un beneficio económico. El futuro de esta acción es llegar a que las empresas sean capaces de implantar estos desarrollos en sus empresas como inicio de una cadena de valorización y se mejoren los productos desarrollados en este proyecto junto con otros nuevos.

ANÁLISIS SENSORIAL

Puré corteza limón

Confitura de melocotón 350g puré/Kg

Foto 9. Desarrollo de confituras y mermeladas a partir del puré de limón y valoración sensorial de las catas realizadas para probar el producto

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PRESENTATION

The AGROWASTE project (LIFE10/ENV/ES/469), entitled “Sustainable strategies for the integrated management of the wastes and organic by-products of the food industry”, has been carried out with support from the LIFE financing body of the European Union. The food processing sector in Murcia produces a wide range of food products, widely and traditionally known as 'canned fruits and vegetables'. Especially important are the enterprises engaged in the processing of plant products (vegetables, fruits or both), which include the manufacture of canned fruits and vegetables, juices and nectars (from fruits and vegetables), jams, compotes and other purees, as well as pickles, olives and sauces. Due to its excellent raw materials and its high degrees of technology and specialisation, the production of preserves and juices has positioned the Region of Murcia among the top exporters, its products being mainly exported to countries of the EU and the USA (INFO 2014). These activities have led to the generation of significant quantities of organic waste and by-products – 500000t/year (2011-2012 campaign) - with an intrinsic value that is not taken into account, since they end up mainly as animal feed and therefore many resources are lost. It is here that the AGROWASTE project has set its main objective. The main objective has been to make available to businesses in the fruit and vegetables processing sector the most appropriate technologies for adding values to their waste and by-products, to generate both environmental benefits - since these materials can have a high value due to their application in different areas - as well as economic ones, through the application of different technologies. What we present in this report are the most notable results of the demonstration actions developed in the project, to complete the main objective. These actions consisted of the recovery of wastes and by-products through the development of different processes: anaerobic digestion to obtain biogas, composting for the agricultural use of the composts obtained and, finally, the extraction of compounds of interest from the by-products in order to produce functional foods.

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ANAEROBIC DIGESTION

Anaerobic digestion is the decomposition of biodegradable material in the absence of oxygen, to give two main products: biogas (composed mostly of methane) - which can be utilised to provide energy in co-generation engines, boilers, vehicles, natural gas networks or combustion piles - and stabilised sludge, known as digest or digestate, which - after a process of stabilisation - can be used as an organic soil amendment. The by-products generated by the fruit and vegetable processing sector can be included within the general group of agro-industrial by-products, materials that have been evaluated by the Ministry of Agriculture, Food and Environment for the production of biogas (Photo 1). The production of biogas for every type of substrate is variable depending on its organic load and its biodegradability. Agricultural residues and wastewater treatment sludge have a methane production potential of 50-80%. There are options that enhance the production of biogas from these substrates, such as mixing with substrates of higher biodegradability (co-digestion), pre-treatment to improve the biodegradability of the substrate or an increase of the temperature to accelerate the growth of microorganisms and the efficiency of the hydrolytic phase.

Photo 1. By-products used for anaerobic digestion

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ANAEROBIC DIGESTION

Our activity was carried out with wastewater sludge from the fruit and vegetable processing industries, mixed with substrates such as the remains of artichoke (co-digestion), to produce biogas. We used an anaerobic digester of 310 litres volume, mesophilic (35 °C) conditions and continuous agitation. The digester possesses a feeder of solid and liquid samples coupled to a system of automatic loading and unloading (Scheme 1). Different anaerobic digestion tests were performed, where urban anaerobic sewage sludge was used as seeding material to start the digestion. The wastes employed in different blends were: purification sludge of artichoke and pepper, sludge from fruit processing, and three by-products of the processing of artichoke, peach and tomato (for co-digestion). The characteristics of the starting materials were adequate for the process of anaerobic digestion (Table 1). Table 1. Characteristics of starting materials

Parameters Sewage sludge Artichoke and pepper sludge

Tomate and onions sludge

Fruit

sludge Artichoke

wastes Peach pulpe

Tomate

wastes

pH 7.8 6.3 6.3 6.2 4.8 3.9 4.5

EC (dS m-1) 1.4 3.5 3.5 4.7 4.5 8.7 2.6

C/N 2.5 5.8 5.5 8.8 49 48 33

TS (%) 1.4 2.9 0.87 1.5 25 23 24

Scheme 1. Anaerobic digestor

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ANAEROBIC DIGESTION In general, the incorporation of the different by-products with a low pH value could acidify the process, but this was compensated by the higher pH values of the slurries - which kept the pH of the mixture at 7.0-7.5, values that are recommended for a good digestion process. The incorporation of these by-products with higher values of total solids (ST) than the sludges favoured the production of biogas (Fig. 1), though not the production of methane in all of them. In general, the FOS/TAC values were between 0.2 and 0.3, indicative of the stability of the process.

Fig. 1. Accumulated production of biogas From the assays performed within this action, it can be concluded that the use of purification sludge from the wastewater treatment plants of the fruit and vegetable processing sector, mixed with a suitable by-product (such as those of artichoke or tomato), can produce a biogas of quality with a methane production of 50-70%, adding energy value and giving these by-products. An economic study has shown that the process yields 10% annual returns (www.agrowaste.eu).

DIGESTION PROCESS

DIGESTION LODO

CODIGESTION WITH ARTICHOKE

CODIGESTION LODO Y RESTO

ALCACHOFA

START-UP ARRANQUE DIGESTION

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Tomate wastes

Pepper and citric sludge

Peach pulp

Pruning

Orange wastes

Onion wastes

Macro scale composting

Micro scale composting

Photo 2. Diferent starting materials and piles composting

COMPOSTING

The composting process is a widely developed technique, which still has much to offer, since - using this technique - we can add value not only to the by-products but also to the waste from the fruit and vegetable processing industry. Taking advantage of the organic matter contained within them, as well as their considerable contents of micro- and macro-nutrients, they can be employed as organic amendments to improve the physical, chemical and microbiological properties of soils, favouring the growth of plants. Compost can be used also as a growing medium for seedlings and in nurseries, partially replacing peat - whose extraction generates important environmental problems and also has the disadvantage of enabling the development of bacterial or fungal diseases transmitted through the substrate. During the project 25 composting piles were set up, carried out at three different times in order to use waste and by-products according to their seasonal production and hence include all the sub-products generated during a year (Photo 2).

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COMPOSTING

Taking into account the seasonality and availability of the wastes and by-products, the mixtures were based on different criteria - mainly on the chemical characteristics of the materials - to obtain an initial C/N ratio between 25 and 35, a mixture moisture content of 50-60% and a pH of 5-8, to favour good development of the process and obtain quality composts. In addition, it was decided to use a mixture of the main by-products (e.g. remains of artichoke, pepper or orange) and those that - by their characteristics - can add value to the compost by improving its biopesticide, fertiliser or biostimulant character (e.g. garlic, onion, broccoli, tomato...) (Table 2). Table 2. Examples of some mixes of composting piles

Pilas

Dry weight

C2_M

(%)

C7_M

(%)

C8_M

(%)

C9_M

(%)

Pilas

Dry weight

C5_S

(%)

C6_S

(%)

Pepper sludge 12,5 - - - Peach sludge - 29

Garlic - - - - Prunning 25 15

Almond - - 22 - pear 75 -

Prunning 75 68 26 47 Peach - -

Carrots - - 15 - Lemon - -

Orange - - - 18 Tomate - 30

Pepper 12,5 16 - - Onions - 26

Artichoke - 16 - -

Brocoli - - 37 -

Citric sludge - - - 35

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Photo 3. Example of composting proccess

COMPOSTING

During the composting process all the piles were kept with a moisture content of 50-60%. The temperatures of the piles were recorded: at the beginning of the process, the values were within a mesophilic range, later moving to values within the thermophilic range - in the majority of cases between 50 and 60 °C, but in some cases reaching 70 °C. Subsequently, the piles returned to their mesophilic range until reaching the ambient temperature, the point at which the composting process entered a phase of maturation, which was always a minimum of 30 days (Photo 3). Aeration of the piles by turning and/or forced aeration is a very important activity, and was used to prevent the temperature from exceeding 65 °C and to homogenise the mixtures – hence improving the composting process (Photo 3).

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COMPOSTING During the process of composting, organic matter degrades through the action of existing microorganisms in the mixture, with the consequent decrease of the C/N ratio to values of 14-17. For both mixtures, the values were within the limits suggested by different authors as indicative of mature compost. In all cases the values of water-soluble carbon (Cw) were < 3 g kg-1, which indicates the maturity of the composts obtained. Some of the composting piles were inoculated during the maturation stage with different microorganisms, generating a value added agricultural product due to an increase in the biofertiliser and biopesticide capacity of the composts. The microorganisms inoculated were Trichoderma harzianum (T. harzianum) - a biological control agent, widely described in the literature, which acts against different plant pathogens - and Aspergillus niger (A. niger), a microorganism capable of solubilising phosphorus (Photo 4).

Photo 4. Inoculation of microorganisms in composting piles

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NURSERY ASSAY

The composts obtained were tested as a substrate for crop seedlings, primarily for the cultivation of pepper and/or melon since Murcia is one of the main Spanish autonomous communities in terms of the production of both these crops, helping to situate Spain as the greatest producer of peppers and melons in Europe - with 50% of the melon exports and 40% of the pepper. Currently, the main organic substrate used in nurseries is peat due to its good agronomic characteristics. However, it is almost always not suppressive against different plant pathogens and, in addition, peat bogs are considered as important CO2 sinks. So, the combination of compost and peat can be a good alternative to peat as a substrate for crop seedlings, with compost amounts of up to 50%, as shown by the good results found in our assay – with respect to both the quality of the seedlings obtained (suitable for transplantation to the field) as well as their ability to suppress different plant pathogens (Photo 5). Most of the composts obtained and used as a growing medium do not pose any risk of pathogens or heavy metals (Table 3) (APA-863-2008). They have, in general, good physical properties (Table 3), within the values given for 'ideal' substrates. Only the values of hydric retention capacity (HRC) are lower than expected, but still within the range of values normal for compost, which indicates the need to incorporate water more frequently and in small amounts.

Photo 5. Planting seedlings

33

NURSERY ASSAY

The pH and EC values are important for the quality of the seedling. The pH values obtained are above what is considered suitable for an ideal substrate, but within the theoretical pH range for crop growth: 5-8. While EC values < 3 (dS m-1) are accepted as 'ideal' for a growing medium, values above 6-7 dS m-1 gave germination problems and so these composts were not viable. In general, the composts have good contents of macro- and micro-nutrients, similar to other agro-industrial composts (Table 3).

C2_M C7_M C8_M C9_M C5_S C6_S

pH 8,45 8,89 9,25 8,52 8,85 7,54

EC (mS cm-1) 1,94 2,60 1,74 1,45 3,22 4,25

Macro-Micro elements

C/N 17 14 17,51 17 20,80 13,84

Nt (g kg-1) 25,09 22,27 24,52 23,34 18,1 26,4

P (g kg-1) 3,7 4,0 3,3 2,9 1,9 5,2

K (g kg-1) 24,3 28,9 27,6 13,4 16,1 11,4

Fe (mg kg-1) 766,40 798,77 819,20 1283 3240 1695

Mn (mg kg-1) 68,24 76,95 63,75 86,62 118,8 46,52

Heavy metals

Cd (mg Kg-1) <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 0,1 0,15

Cu (mg Kg-1) 17,42 16,42 11,82 17,09 12,25 32,3

Cr (mg Kg-1) 10,52 5,77 5,03 12,08 10,66 67,0

Pb (mg Kg-1) 2,06 1,73 2,26 3,95 3,03 3,07

Ni (mg Kg-1) 4,74 2,60 1,63 4,57 7,2 27,16

Phisical properties

Da (g cm3) 0,463 0,518 0,485 0,356 0,45 0,47

Contraction (%) 12,46 19,80 30,61 24,18 11,9 20,1

HRC (%) 441 469 426 426 420 450

Pathogens

Salmonella en 25g A A A A A A

Listeria A A A A A A

Estreptococos fecales 2000 1200 360 3100 2000 1400

E.coli 540 <10 <10 2000 <10 <10

Multiliquido <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ

Multiresiduo <LQ <LQ <LQ Imazalil 0.13mg/kg

<LQ <LQ

Table 3. Charcteristics of some composts

A: absence; LQ: Quantification level

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NURSERY ASSAY

We assayed different treatments (growing media) - which were prepared by mixing each of the composts obtained with commercial peat (50/50 v/v), using 100% peat as a control. The seeds of pepper (Capsicum annuum cv. Lamuyo) and melon (Cucumis melo L. cv. Giotto) were sown in trays of 150 holes, one seed in each, with a covering of vermiculite. The treatments were established in a random design with six replicates per treatment (10 holes per treatment and tray). Germination took place in a germination chamber. Once germinated, the seedlings were transferred to a growth chamber of culture with controlled conditions. One of the key aspects was the calculation of the percentage of germination; in addition, we also tracked plant height, chlorophyll and certain parameters of relevance to the quality of the seedlings, according to the assay. When the first true leaf appeared, three replicates of each treatment were inoculated with 2 ml of Phytophthora parasitica (105 cfu g-1 substrate) for pepper plants, or 2 ml of Fusarium oxysporum f. sp. melonis for melon. The suppressive effect of the composts was determined by measuring the severity of the disease. Table 4 shows the results for some of the composts tested. This seedling assay shows that, regarding the germination of the pepper seeds, for some composts the 50/50 compost/peat mixture was equal to or even better than (91-94%) the peat (92%), while seedling height was in general greater (11.00-11.62 cm) than with the peat (8.89 cm). The capacity of certain composts to combat certain plant pathogens depends on both the type of compost and its biotic and abiotic properties and the pathogen. Treatments C2_M and C7_M gave the lowest percentage of disease incidence (15-17% of plants were infected), compared with the compost (75%) (Table 4).

Compost Germination index

(%)

Height

(cm) Chlorophyll

Disease incidence

(%)

C2_M 94,33 11,40 28,91 16,7

Peat 92,00 8,89 32,47 75,0

C7_M 93,33 11,00 30,00 15,0

C8_M 94,00 11,62 29,83 33,3

C9_M 91,33 11,22 30,18 30,0

Table 4. Some parameters measured in test pepper seedling with different composts

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NURSERY ASSAY

Of the abiotic properties studied, we found no significant differences among the different composts, although the common starting material (pepper) for treatments C2_M and C7_M could have influenced their suppressive capacity. On the other hand, both composts only reached a temperature of 60 °C in the thermophilic phase and this could have led to recolonisation by microorganisms with a greater antagonistic capacity. In this antagonism, four major biological mechanisms can be identified: competition for nutrients, generation of antibiosis/parasitism and induction of plant resistance. We can conclude that the good composts used as growing media, with equal parts of peat, generate quality seedlings; also, some of the composts (e.g. C2_M, C7_M) have a suppressive effect against Phytopthora parasítica. The assays performed with muskmelon seeds showed a rate of germination that in some cases was lower than with the seeds of pepper (Table 5). So, we can say that melon seeds seem to be more sensitive to the possible negative effects that the composts can generate. In general, this effect can be attributed to the salinity of the composts (1.9-2.60 mS/cm), since it has been shown that melon is more sensitive to this effect than pepper. The composts, overall, gave lower germination than the peat, a fact that must be taken into account; however, the seedling height was equal to or greater than that obtained with the peat, while the chlorophyll values were very similar (Table 5). Regarding the percentage incidence of the pathogen, only the C8_M compost showed values similar to those in the peat, while composts C9_M and C2_M showed a greater suppressive effect against the pathogen. These results lead us to conclude that the C9_M compost was the best, since it gave a high value of germination in the nursery, while producing high values of height and chlorophyll and an elevated suppressive effect. This indicates that not all composts are equally effective against different pathogens.

Compost Germination index

(%)

Height

(cm) Chlorophyll

Disease incidence

(%)

C2_M 76 9,48 23,55 38,88

Peat 98 8,87 26,68 83,88

C7_M 94 8,68 22,88 61,11

C8_M 86 8,93 21,31 94,00

C9_M 98 9,00 26,35 27,77

Table 5. Some parameters measured in test muskmelon seedling with different composts

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FIELD TRIAL

In the field trial, the composts were used as growing substrates and as organic soil amendments to see the results under real field conditions, in relation to yield. We cultivated four crops: lettuce, pumpkin, peppers and grape vines. Below are presented the most outstanding results. Cultivation of pumpkin Pumpkin seeds were sown in a compost/peat mix (50:50) and were kept in seedling trays, under the normal nursery growth conditions, until being transplanted in the field. In this assay, we wanted to see the difference in the yield among seedlings of pumpkin grown in peat and those grown in different composts. The irrigation and fertilisation were performed following the guidelines of the ecological farmer responsible for the cultivation. The results show that the treatments C_T (compost inoculated with T. harzianum), C_T_A (compost inoculated with T. harzianum and A. niger) and C_R (compost with phosphoric rock) produced greater numbers of pumpkins with commercial value, as well as higher average weight of the harvested pumpkins, compared to the values for seedlings grown in peat. So, we have real data concerning the possible use of these composts as a substitute for peat: an effect was seen not only in the seedlings, but also in the field regarding the development of the plants – which had greater fitness and vigor, resulting in increased production both in number and weight (Fig. 2). Compost used for inoculation of microorganisms consisted by dry weight sludge pepper 24%, almond shells 5% , Pruning 29%, Garlic 3%, pepper and carrot 36%. Control treatment (compost) and the compost C_A is inoculated with A. niger.

Fig. 2. Number and average weight of pumpkins in different treatments assayed

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FIELD TRIAL

The nutritional analyses of the pumpkins showed that the treatments with the composts C_T, C_T_A and C_R - which gave greater numbers of pumpkins harvested as well as a higher average weight - gave macro-nutrients contents slightly lower than those observed with peat, while the micro-nutrients values were slightly greater than for peat (Table 6). Thus, the partial substitution of peat by these three composts, at the level of seedlings and their subsequent use in the field, is a methodology that can be used as part of a sustainable agriculture (Photo 6).

Treatments N total

(g/100g) P

(g/100g) K

(g/100g) Fe

(mg/Kg) Cu

(mg/Kg) Mn

(mg/Kg)

Control 1,89 0,19 2,56 33,11 5,69 17,23

C_T 1,73 0,15 2,16 30,27 5,28 17,73

C_T_A 1,63 0,13 2,04 24,55 4,57 14,42

C_A 1,71 0,13 1,98 23,26 4,60 12,84

C_R 1,81 0,14 2,03 35,78 5,52 13,30

Peat 1,92 0,16 2,42 26,51 5,22 15,11

Table 6. Analysis of micro and macro nutrients contained in the pumpkins field trial.

Photo 6. Details planting pumpkin from seedling to harvest pumpkin

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FIELD TRIAL

Cultivation of pepper The objectives of this trial were to see if this compost (in a 50:50 mixture with peat) can act as a growth substrate for pepper seedlings, thus revealing its effect under field conditions, and to see if the addition of compost as an organic amendment and slow-release fertiliser, instead of using another type of fertiliser, favours the cultivation and hence the yield of pepper. So, seeds of pepper variety Águila were planted and kept in the nursery, in the conditions that are normally used, until the right moment for transplanting in the field (Photo 7). The crop cultivation (fertilisation, water and use of pesticides permitted in organic farming) was carried out in accordance with the guidelines set by the ecological farmer in charge of the plantation. Harvesting was performed once a week during May to July.

Photo 7. Design of the different rows with the treatments in the field trial pepper

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FIELD TRIAL

Fig. 3 shows the results obtained with respect to the average weight of peppers and the number of fruits obtained per treatment. In the amended soils, the seedlings grown in compost/peat (1/1) (C-Compost) gave a higher average pepper weight, as well as a higher average number of peppers per plant throughout the harvest period, than the plants that were grown as seedlings in peat (C-Turba). In unamended soil, seedlings grown in compost (Compost) gave an average fruit weight and number of peppers similar to seedlings grown in peat (Turba); in the last two months of the harvest, these values increased, the compost giving higher values than the peat.

Fig. 3. Number of units and average weight of peppers

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FIELD TRIAL

All the peppers were of suitable quality for commercialization (Photo 7) as well as having a good content of nutrients (Table 7), all of them showing similar values. In general, the compost-amended soil and the seedlings grown in compost mixed with peat (1/1) gave rise to slightly-higher nutrient values From these assays, we conclude that the composts obtained after the selection of a suitable initial mix of wastes and by-products, as well as a good process of composting, are good enough to be used as organic agricultural soil amendments and as partial substitutes for peat in seedling growth media. With this practice we get quality seedlings suitable for transplantation in the field and, subsequently, in the field, a high yield of good-quality fruits. Also, many of these composts have a capacity for biocontrol of plant pathogens, such as F. oxysporum or P. parasitica, as well as a bio-fertilizer effect; both these factors add value to the composts. This practice is a very important way of adding value to such wastes and by-products generated by the fruit and vegetables processing industry, creating environmental and economic benefits.

Treatments N total (g/100g) P

(g/100g) K

(g/100g) Fe

(mg/Kg) Cu

(mg/Kg) Mn

(mg/Kg)

Peat 1,42 0,25 2,00 34,5 7,90 16,20

Compost 1,37 0,21 2,10 22,5 6,30 14,60

C-turba 1,44 0,28 2,50 27,5 8,60 14,79

C-Compost 1,50 0,30 2,30 33,3 8,00 15,50

Table 7. Analysis of Micro- and Macro- nutrients contained in the peppers field trial

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EXTRACTION OF COMPOUNDS OF INTEREST

The utilization of the by-products of the fruit and vegetable processing industry has to move ahead if it is not to lose a potential that is very important to the food industry. So, it is important to learn about the benefits of these substances (e.g. by-products of citrus, artichoke, broccoli, strawberry, peach, apricot, garlic, onion, lettuce, apple, quince, pepper, tomato, carrot or pear) for our health and their potential - as a result of their active secondary metabolites, organic acids and fibre, among other constituents. Hence, their extraction, optimization and inclusion in our diet could lead to the development of a series of functional foods or supplements which have benefits for our health. Two raw materials widely used in the Region of Murcia, namely artichokes and lemons, generate very significant volumes of by-products, 50-60% of processed raw material, whose main destination is animal feed. Thus, if a financial benefit could be derived from their recovery, this would be reflected in the costs of the raw materials. Artichokes contain compounds with antioxidant properties (cynarin) and compounds with beneficial properties of a gastrointestinal nature (dietary fibre), while lemons contain substances with gelling properties (pectin), anti-inflammatory properties (hesperidin) and dietary fibre. The onion is a raw material, used mainly in frozen foods, which generates a large volume of waste, although only 10% of the weight of the raw material is processed, as is the case for garlic also. The by-products of onion processing are sent, through an intermediary, for animal feed - so any recycling and addition of value will have an impact on the cost of the raw material. These by-products have antioxidant activity (flavonoids, quercetin), as is the case of onion, and anti-microbial properties (sulphur compounds) and beneficial properties of a gastrointestinal nature (dietary fibre), as in the case of garlic. Finally, strawberries - and red fruit in general - can act as a natural dye in food and have antioxidant properties (due to their anthocyanins). Our demonstrations at the pilot scale consisted of the development of a protocol for the extraction of compounds of interest from the five by-products of the fruit and vegetables processing industry mentioned above, based on low-cost technologies - already existing in the companies involved, as well as being non-aggressive - for the subsequent elaboration of functional foods such as jams, preserves, vegetable purées, enriched pasta or mousse. These foods were subjected to a tasting panel to assess their acceptability (Photo 8).

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EXTRACTION OF COMPOUNDS OF INTEREST

Of the different extractions commented on previously, we will explain in more detail one of the assays: the extraction of a lemon purée with gelling agent capacity (pectin) and an antioxidant (hesperidin), as well as being rich in fibre from the lemon rind (Photo 8, Scheme 2).

Starting materiasl: Peel lemon

WASH

SEPARATION OF PHASES

SOFTENING 100ºC; 40min

Bones and black parts

GRINDING

WATER

WATER

SEPARATION (rejilla)

WASH

WATER

WATER

OTHER VALORIZATIONS Example. Oil extraction

COOLING WATER

WATER

WATER

Efficiency: 125-130%

WATER

LEMON PUREE (Gelling properties)

129g LEMON PUREE/ 100g PEEL LEMON

Scheme 2. Proceso de extracción del puré de limón.

FILTERING and CENTRIFUGING

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Table 8 shows the appreciable values of hesperidin, dietary fibre and pectin of the lemon rind. After a simple, low-cost and non-aggressive process, as stated above and described in Scheme 2, we obtained a lemon puree that was also rich in these compounds of interest, from which have been made preserves, jams and quince cream (Photo 9) with nutritional values equal to those of commercial products.

Parameters Value

Pathogens Ausencia

Plaguicides (mg/Kg) No detectados en limones de producción orgánica

pH 3,47-3,66

Humidity (g/100g) 84,50-88,24

Hesperidin (mg/Kg) 1287-3150

Dietary Fibre (g/100g) 6,6-7,0

Pectin (g/100g) 7-15

Table 8. Peel lemon analysis

EXTRACTION OF COMPOUNDS OF INTEREST

Photo 8. Development of gelling puree from lemon peel for using as a thicker in jam and testing panels.

Parameters Value

pH 3,65-3,67

Hesperidin (mg/Kg) 978-2849

Pectin (g/100g D-Uronic acid) 1,80-2,34

Dietary Fibre (g/100g) 4,0-5,0

Table 9. Analysis of lemon puree

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The acceptance of these products by the consumer panel was good; although it must be pointed out that they detected in the processed products a lemon flavour, which was nice when the formulation included sugar, but not so much in the jams without sugar. The lemon purée also gave colour, but this was valued positively - the jams being brighter in colour. One aspect that should be kept in mind for future demonstrations is the texture of the lemon purée - which could be detected in the jams and preserves. So, concluding with this activity, it is clear that the extraction of compounds of interest from by-products of the processed fruits and vegetables industry is an inviting path to follow, since it could yield an advantage in environmental and economic terms, as well as for health - by avoiding the use of chemicals in food production. The future of this action is to enable companies to implement these developments as part of a chain of recovery, addition of value and improvement of the products developed in this project along with new ones.

EXTRACTION OF COMPOUNDS OF INTEREST

Lemon puree

Peach jam 350 g puree/Kg

Photo 9. Development of jam and preserves from lemon puree and testing panel.

TESTING PANEL

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Participantes Centro de Edafología y Biología Aplicado del Segura –Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CEBAS-CSIC) Centro Tecnológico nacional de la Conserva (CTC) Agrupación de Empresas de Alimentación de Murcia, Alicante y Albacete (AGRUPAL)

Participants Centro de Edafología y Biología Aplicado del Segura – Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CEBAS-CSIC) Centro Tecnológico nacional de la Conserva (CTC) Agrupación de Empresas de Alimentación de Murcia, Alicante y Albacete (AGRUPAL)

www.agrowaste.eu

agrowaste@agrowaste.eu

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