Los efectos beneficiosos del tratamiento de la atmósfera modificada (AM) como una alternativa segura y ambientalmente benigna, al uso de fumigantes químicos productores de residuos convencionales para controlar las plagas de insectos atacando el grano almacenado, las semillas oleaginosas, los productos procesados y los alimentos envasados han sido bien documentados (Navarro , 2006).
El interés serio en usar la técnica de una manera práctica, rutinaria no fue perseguido hasta los años 70 y los años 80, probablemente debido al éxito de fumigantes convencionales y de protectores del grano en el control de plagas almacenadas del producto. Durante este período, se comenzó a dar cuenta de que los productos químicos, si se usaban indebidamente, dejaban residuos objetables, eran peligrosos de aplicar y que había un potencial para el desarrollo de resistencia a los insectos.
La investigación se inició durante este tiempo en Australia, los Estados Unidos y varios otros países sobre el uso de atmósferas modificadas (Ripp et al., 1984). A.M. y tratamientos de atmósfera controlada (A.C.) para la desinfestación de productos almacenados en seco han recibido una creciente atención científica durante los últimos 32 años.
Aunque la AC se ha establecido bien para el control de las plagas del almacenamiento, su uso comercial sigue estando limitado a unos pocos países.
Las actividades científicas generalizadas sobre este tema dieron lugar a varias conferencias internacionales, como las Conferencias Internacionales sobre Atmósferas Controladas y Fumigación en Productos Almacenados, con el informe de la última reunión de Daolin et al. (2008) y las Conferencias Internacionales de Trabajo sobre Protección de Productos Almacenados con el informe de la última reunión de Carvalho et al. (2010).
Al revisar los informes sobre AM y almacenamiento hermético llevados a cabo durante los últimos 32 años, se revela que se realizaron más ensayos de campo sobre AM, AC y fumigación que sobre almacenamiento hermético usando almacenajes flexibles.
Sólo en los últimos años el almacenamiento hermético ha surgido como un método alternativo significativo de almacenamiento post-cosecha, particularmente en los países del clima tropical usando varios métodos de almacenamiento hermético en América del Sur usando los silo bolsas (Bartosik, 2010).
El uso de herméticos SuperGrainbagsTM para los pequeños agricultores para semillas de arroz desde el año 2004 según lo reportado por el Instituto Internacional de Arroz e Investigación (IRRI) (Rickman y Aquino, 2011) y en África las bolsas herméticas Purdue Improved Cowpea Storage (PICS) (Murdock et al., 1997, Murdock et al., 2003, Baributsa et al., 2010, Anon., 2012).
A pesar de las numerosas ventajas de la AM y el almacenamiento hermético, estas tecnologías todavía necesitan datos de campo adicionales y conocimientos prácticos.
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Estanqueidad de las estructuras
Estructuras rígidas
Requerimientos estructurales:
Un requisito fundamental para la aplicación exitosa de tratamientos gaseosos para controlar insectos almacenados es una estructura bien sellada.
Los fumigantes se han utilizado durante muchos años con requisitos limitados de estanqueidad estructural, y cubrir el grano o el almacenamiento con láminas de plástico se consideró generalmente satisfactorio.
La falta de estanqueidad ha sido durante años un problema para la aplicación de fumigantes almacenados.
Las consecuencias de los almacenamientos mal sellados bajo fumigación son ahora más consideradas en vista del desarrollo de la resistencia de insectos a la fosfina en estructuras mal selladas (Casada y Noyes, 2001).
El requisito de almacenes herméticos para la aplicación de AC y AM parece ser más crítico que para la aplicación de fumigantes (Navarro, 1999). Por lo tanto, antes de la aplicación de AM, se debe examinar cuidadosamente los requisitos de sellado para obtener una norma aceptable para mantener la composición de gas durante el período de exposición diseñado. Aunque existen guías prácticas para los requisitos para la estanqueidad de los silos (Banks y Annis, 1977), son muy rara vez implementadas por la industria del grano. Sus especificaciones corresponden a los tiempos de decaimiento de presión necesarios para mantener la composición atmosférica en los silos.
Estos ensayos fueron diseñados para estimar los límites permisibles para mantener eficazmente la composición del gas en los almacenes durante el tratamiento (Navarro y Zettler, 2001).
Las comparaciones de las pruebas de presión variable son escasas.
Se preparó una tabla para proporcionar pautas provisionales basadas en las mejores estimaciones disponibles en la literatura (Navarro, 1999). Por consiguiente, por ejemplo, para el almacenamiento de AM, con estructuras grandes de hasta 500 toneladas de capacidad, se consideró satisfactorio un tiempo de desintegración de 5 minutos de 250 a 1250Pa. Para asegurar la aplicación exitosa de AM en estructuras rígidas, la industria de granos debe adoptar el concepto de sellar adecuadamente las estructuras y realizar una prueba de presión adecuada antes del tratamiento con AM.
Costo de sellado:
Un reto importante en la aplicación de AM es convertir una estructura existente en suficientemente hermética al gas para el tratamiento (Burton, 1998). Aunque se han reunido conocimientos suficientes en países como Australia (Newman, 2006), se carece de tal experiencia en muchos otros países, lo que hace que el costo inicial sea suficientemente costoso para crear renuencia comercial en la aplicación de la tecnología.
En la práctica, las estructuras de almacenamiento diseñadas específicamente para la aplicación de AMs son prácticamente inexistentes, aparte de las de Australia (Ripp et al., 1984). Newman (1990) observó una tendencia creciente en Australia hacia el uso de almacenamiento sellado para el grano seco, acompañado por la conversión de las estructuras existentes a almacenamiento sellado en lugar de la construcción de nuevas instalaciones.
En un estudio reciente (Navarro et al., 2012a), el costo de sellado de 2.400 toneladas de capacidad fue de 15.700 € o 6.54 €/tonelada (AU $ 8.28/Tn) de grano.
Según Newman (2006) "Los costos de sellar un almacenamiento horizontal de 21.800 toneladas en 1982 fueron de casi AU $ 3/tonelada, por lo que el costo total de AU $ 64.400 amortizado en 10 años es AU $ 0.30/tonelada.
En 1999 los costos de sellar un almacenamiento oscilaron entre AU $ 3,50 - 4,50 por tonelada dependiendo de la estructura. Ahora en 2006 los costos son más cercanos a AU $ 5 por tonelada, equivalente a AU $ 0,50/tonelada sobre 10 años usando el ejemplo anterior".
Esto ejemplifica las diferencias significativas de las obras de sellado llevadas a cabo en un país como Australia con la infraestructura tecnológica existente y en un país que se esfuerza por iniciar la tecnología AM como Chipre.
El costo de sellado de 2006 en Australia fue de 5 dólares australianos/tonelada, lo que podría no ser comparable al costo de 2012 en Chipre a 8.28 dólares australianos/tonelada. Aunque los costes de sellar cualquier almacenamiento dependerán enteramente de la complejidad de la tarea.
Estructuras flexible
Las estructuras flexibles se pueden utilizar para tratamientos AM / AC y para la aplicación de la tecnología de almacenamiento hermético. Sin embargo, en la actualidad existen estructuras más flexibles para el almacenamiento hermético que para el almacenamiento de AM / AC en estructuras rígidas (Navarro, 2006; Navarro et al., 2012b).
Se supone que las estructuras flexibles son más fáciles de sellar que las estructuras rígidas. Sin embargo, la pérdida de gas a través de la membrana estructural durante los tratamientos gaseosos es un fenómeno importante.
Las membranas de plástico permiten la permeación de gas y el intercambio de gases. Las pruebas de presión, no son capaces de medir el grado de pérdidas de permeabilidad.
Debido a que es difícil mantener la estanqueidad total del gas sin que se introduzca O2 en las estructuras comerciales grandes, se deben establecer algunas tolerancias que permitan la conservación de la calidad del grano durante el almacenamiento hermético.
Parámetros para probar la estanqueidad de los gases para el almacenamiento hermético de los granos: Se establecieron los siguientes parámetros para el almacenamiento hermético de los cereales. Dado que esta tecnología es relativamente la más reciente y la terminología utilizada es menos elaborada, crea mucha confusión de lo que se entiende por almacenamiento hermético de grano. Este tipo de almacenamiento se ha referido a un tipo de AM que se puede aplicar para la protección del grano también denominado "almacenamiento sellado" o "almacenamiento hermético" o "almacenamiento sellado sacrificial".
Este método aprovecha las estructuras suficientemente selladas que permiten a los insectos ya otros organismos aerobios en la mercancía o la propia mercancía generar la AM reduciendo el oxígeno (O2) y aumentando las concentraciones de dióxido de carbono (CO2) a través del metabolismo respiratorio (Navarro et al. Navarro, 2012). La respiración de los organismos vivos almacenados (insectos, hongos y grano) consume oxígeno (O2), reduciéndolo de cerca del 21% en aire a 1 a 2% mientras que la producción de dióxido de carbono (CO2) sube de un ambiente de 0,035% a casi 20% o más de acuerdo con el nivel de contenido de humedad.
Este medio mata las plagas de insectos y ácaros y evita que los hongos aeróbicos crezcan. Los niveles elevados de CO2 y de O2 agotado generalmente mantendrán la calidad del grano almacenado durante largos períodos.
Los granos con excesiva humedad pueden ser invadidos por bacterias formadoras de lactato y levaduras. La llave al almacenaje hermético acertado es hermeticidad y control de la condensación. En los tiempos modernos, el tamaño del almacenamiento ha aumentado de los pequeños almacenes familiares a los graneles que representan a muchos productores y una porción de la producción total de un país. La principal causa de deterioro del grano seco son los insectos. Si bien la principal causa de deterioro del grano húmedo es la microflora.
El grano responde de forma diferente en el ecosistema de almacenamiento cuando está a una humedad intermedia pero cerca del nivel crítico donde los hongos son la microflora dominante (Navarro y Donahaye, 2005). Mientras que a niveles de humedad más altos, la microflora dominante es en su mayoría levaduras y bacterias (Elepano y Navarro, 2008; Weinberg et al., 2008). Por lo tanto, el almacenamiento hermético puede usarse para almacenar grano seco o húmedo (Navarro y Donahaye, 2005).
Para la aplicación de almacenamiento hermético a grano seco, una tasa de penetración de 0,05% de O2/día es suficiente para detener la pérdida de peso teórica causada por insectos o microflora, a un nivel de 0,018% durante un período de almacenamiento de un año (Navarro et al. 1994). Para el almacenamiento de granos secos, este nivel es crítico ya que incluso en periodos cortos de almacenamiento de 3 a 6 meses a esta tasa de ingreso, la posibilidad de una población residual de insectos sobrevivientes se elimina a un umbral económico.
Para mayores tasas de ingreso de O2, la pérdida de peso sigue aumentando en proporción a la tasa de ingreso de O2 y el daño por insectos puede ser muy significativo y no puede ser detenido.
Se pueden tolerar tasas de ingreso de hasta 0,15% de O2/día. Sin embargo, para el grano húmedo, con mayores tasas de ingreso de O2 que 0.15%/día, permite el deterioro del grano que podría conducir al desarrollo de micotoxinas (Weinberg et al., 2008).
Este bajo nivel de entrada de O2, es difícil de obtener en estructuras rígidas, pero se puede conseguir en la práctica usando revestimientos flexibles. Podría servir de guía para las especificaciones de sellado de estructuras apropiadas para el método de almacenamiento hermético. Las estructuras flexibles con mayores tasas de penetración de O2 que 0,15% de O2/día, pueden usarse para proteger el grano de la lluvia o el aumento de la humedad siempre que el grano esté seco y sin infestación. La cuestión es si estas estructuras deben ser consideradas bajo el término de "almacenamiento hermético" o simplemente "almacenamiento sellado" sin la expectativa de que desarrollarán una atmósfera biogenerada para proteger el grano y usar fumigación para controlar los insectos.
Tamaño de las estructuras flexibles
Los recintos que se destinan principalmente al almacenamiento hermético en interiores de productos ensacados ya están disponibles en el mercado (PICS o Purdue Improved Cowpea Storage) (Anon., 2012; Barubutsa et al., 2010; Baoua et al., 2012). Las dimensiones de la estructura son dictadas por la manejabilidad de la pila. Existen contenedores unitarios en el rango de 80L a 120L de capacidad denominados SuperGrainbags™ (SGB) (Villers et al., 2008; Rickman y Aquino, 2011).
El SGB es un plástico coextruido de 7 capas con un espesor de 0,078mm, niveles de permeabilidad de 2,14 ml/(m2 24h) para oxígeno y para vapor de agua de 4,28 g/m2 24h. Estas características de SGB mantienen la calidad de los productos, incluso con tiempos de transporte largos y en ambientes húmedos. Usando el mismo material, el SuperGrainbag-HC™ está disponible para su uso con carga mecanizada, que maneja hasta una capacidad de 1 tonelada para bolsas o almacenamiento a granel.
Para el almacenamiento hermético al aire libre de grano estructuras más grandes han sido reportados por Villers et al. (2008). La forma más utilizada de almacenamiento hermético es el Cocoon™. Se fabrica en capacidades de hasta 300 toneladas. Los capullos, utilizados para almacenar productos de granos, están hechos de PVC flexible de 0,83mm de espesor, especialmente formulado, con permeabilidad al oxígeno que varía de 87 a 400 ml/m2 24h y vapor de agua de 8g/m2 24h. Se sellan con una cremallera hermética. Un nuevo tipo de Cocoon llamado MegaCocoon™ se ha introducido recientemente para almacenamiento a gran escala de hasta 1050 toneladas.
Bolsas de silo de 200 toneladas de capacidad para el almacenamiento de granos en granja se utilizan directamente en el campo y, con el equipo de manipulación disponible, es muy simple de cargar y descargar. Esta técnica se utilizó originalmente para el ensilaje; Implica almacenar grano seco en bolsas de plástico selladas. Este método de almacenamiento sellado adoptado en América del Sur se utiliza para el almacenamiento temporal de granos secos y oleaginosas (Bartosik 2010).
El tamaño en los almacenes herméticos:
La experiencia demuestra que el almacenamiento hermético funciona mejor para estructuras grandes. Esto es obvio a partir de la relación área superficial / volumen más baja en grandes volúmenes en comparación con los pequeños bulks. El factor de la tasa de ingreso de O2, en la práctica es un objetivo difícil de lograr. Por lo tanto, dependiendo de la permeabilidad de la membrana comercialmente disponible, los ingenieros deberían aspirar a diseñar estructuras herméticas de dimensiones suficientemente grandes. Para destacar la importancia del tamaño de la estructura en el almacenamiento hermético, los cálculos se realizaron asumiendo un nivel de permeabilidad de 200 mLO2/(m2 24h) para estructuras de diferentes dimensiones que van de 1 a 1.000m3 (Navarro et al., 1994).
Los cálculos demuestran que un aumento de diez veces en el volumen de la masa provoca una disminución aproximada de dos veces en la tasa inicial de ingreso de O2. Esto indica la importancia de que los revestimientos de baja permeabilidad deben ser preferidos para el almacenamiento hermético a nivel de finca en los países en desarrollo.
Permeación de gas a través de la membrana:
Aunque la respiración de los insectos causa agotamiento en el nivel de O2 del almacenamiento hermético, para detener el desarrollo del insecto, es crítica una tasa de penetración suficientemente baja O2 para controlar la población de insectos o para eliminar la posibilidad de una población residual de insectos sobrevivientes. Dicho nivel de O2 residual crítico que queda en la estructura de almacenamiento hermético se ejemplifica en la Fig. 1, donde la respiración de insectos (4 insectos, cada 157 μL/insecto/día), la tasa de ingreso de O2, y su diferencia como el volumen de O2 residual que permanece en el almacenamiento hermético se representó en el mismo gráfico. De la fig. 1 está claro que la concentración residual de O2 alcanzaría aproximadamente el 5% en aproximadamente 13,5 semanas.
Este bajo nivel de entrada de O2 es alcanzable en la práctica usando revestimientos flexibles. Podría servir como una guía para las especificaciones de permeabilidad de O2 de revestimientos flexibles apropiados al método de almacenamiento hermético. Para volúmenes pequeños, tales como estructuras de almacenamiento hermético de tamaño de bolsa, es esencial una baja permeabilidad al O2 y para grandes volúmenes se pueden tolerar mayores niveles de permeabilidad. Para ejemplificar dichas tolerancias, la Fig. 2 que muestra claramente la importancia de seleccionar revestimientos de permeabilidad al O2 extremadamente bajos cuando se usan unidades herméticas de almacenamiento de tamaño pequeño (bolsa).
De acuerdo con la Fig. 2, las estructuras de almacenamiento hermético con capacidades superiores a 50m3 requerirían revestimientos de un nivel de permeabilidad de 100 mLO2/(m2 día) para una tasa de entrada de 0,05% de O2/día. Para capacidades superiores a 100m3, los revestimientos de nivel de permeabilidad de 400 mLO2/(m2 día) serán adecuados para una tasa de entrada de 0,15% de O2/día.
Fig. 1 - La respiración de insectos (4 insectos, cada 157 μl / insecto / día), la tasa de ingreso de O2 (0,05% / 24 h) y su diferencia como el porcentaje de O2 residual que permanece en el almacenamiento hermético para demostrar el proceso de obtención de O2 en el almacenamiento hermético de granos secos.
Fig. 2 - Requisitos de permeabilidad al oxígeno [ml / (m2 24 h)] de los revestimientos en relación con las diferentes capacidades de almacenamiento (m3) y las tasas de penetración de oxígeno (% / 24 h) para la aplicación exitosa del almacenamiento hermético de grano seco.
Durabilidad del forro y resistencia a los insectos
Las películas de embalaje flexibles varían en resistencia a la penetración de los insectos. Una desventaja importante de los trazadores de líneas flexibles es que las plagas que conducen a la infestación de alimentos pueden penetrarlos. El grado de infestación de plagas de alimentos envasados depende de las especies de plagas involucradas, el tiempo de exposición a plagas invasoras y las condiciones ambientales predominantes. Existen dos tipos de insectos que atacan a los productos envasados: penetradores, insectos que pueden perforar los materiales de envasado e invasores, insectos que entran en los paquetes a través de agujeros existentes, como pliegues y costuras y respiraderos.
Sitophilus spp., Rhyzopertha dominica (F.), Prostephanus truncatus (Horn), Plodia interpunctella (Hübner), Lasioderma serricorne (F.), Callosobruscus maculatus (F.) y Stegobium paniceum (L.) son algunos de los insectos almacenados Que son capaces de penetrar en los forros flexibles destinados al almacenamiento hermético de granos o legumbres. Con el aumento del uso de la tecnología de almacenamiento hermético en bolsas, los agricultores han adoptado rápidamente la tecnología. Las bolsas herméticas brindan oportunidades de almacenamiento a los agricultores y consumidores interesados en productos orgánicos y biológicos. Sin embargo, la vulnerabilidad del revestimiento a la penetración de insectos pone en riesgo la tecnología. Por lo tanto, un desafío importante es explorar las posibilidades de evitar la penetración de insectos a través del revestimiento para eliminar la estanqueidad necesaria para la aplicación exitosa de la tecnología.
ACCIÓN LETAL DE A.M. EN INSECTOS
Bajo oxígeno y anoxia En general, cuanto menor es el nivel de oxígeno, mayor es la mortalidad. Para un control eficaz, el nivel de O2 debe ser <3% y preferiblemente <1% si se requiere una matanza rápida. Aunque la supresión del desarrollo de insectos almacenados se observó en aproximadamente el 5% de O2, el tiempo de exposición requerido para matar a los insectos fue muy largo. Experimentos con Tribolium castaneum (Herbst) en N2 mostraron diferencias significativas en la mortalidad adulta entre 0,1 y 1,0% de O2. Experimentos similares con T. confusum en N2 mostraron un nivel crítico de oxígeno en 0,9%, y se encontró que el O2 al 1,4% era ineficaz. Los adultos son generalmente los más susceptibles al tratamiento y se demostró que S. oryzae o R. dominica son más tolerantes que Tribolium spp. El nivel más bajo de tolerancia a la falta de O2 se alcanzó alrededor del nivel de concentración del 1%.
Efecto de la humedad relativa del aire y A.M. Bajando el H.R. aumenta la efectividad de las A.Ms. Los resultados obtenidos con adultos de T. confusum, T. castaneum y Oryzaephilus surinamensis (L.), han demostrado que, en atmósferas que contienen 99% de N2 (balance O2), disminuyendo la H.R. del 68 al 9% aumentó la mortalidad de 3 a 98,5% en una exposición de 24 horas del escarabajo de harina roja. Importante en la mortalidad de los insectos almacenados expuestos a algunas A.M.
Se demostró que cuando las larvas, pupas y adultos del escarabajo de la harina roja estaban expuestos a concentraciones variables de CO2 u O2, la pérdida de peso era mucho mayor en algunas de las atmósferas que en otras o en el aire. Una relación lineal del efecto combinado de bajo O2 o CO2 alto y H.R. se demostró en la producción de un ambiente letal para pupas de Ephestia cautella (Navarro, 2012). En estos ensayos se demostró la importancia de la desecación en relación con H.R. del ambiente H.R. como resultado de la apertura de los espiráculos bajo la influencia de baja concentración de O2 (Navarro, 2006).
En contraste con estas observaciones Murdock et al. (2012) atribuyó la mortalidad de C. maculatus a la dependencia del insecto en los hidratos de carbono para la energía, los carbohidratos deben representar su principal fuente de agua. Según Murdock et al. (2012) el modo de acción del almacenamiento hermético, a saber, el cese de la alimentación, el crecimiento, el desarrollo y la reproducción y la muerte eventual resultante de agua metabólica inadecuada por falta de oxígeno, pueden aplicarse a una amplia gama de plagas de insectos de productos almacenados.
Efecto de la temperatura y A.M. A temperaturas de 20-30°C, la mayoría de las especies y las etapas de desarrollo muestran> 95% de mortalidad en <10d a ambos 0 y 1,0% de O2. Las larvas de Trogoderma granarium (12d en 0% de O2), pupas de S. oryzae (20d en 0% de O2,> 14d en 1% de O2) y Sitophilus granarius adultos (16d en 1% de O2) son las únicas excepciones hasta ahora encontradas. La influencia de la temperatura sobre el tiempo necesario para obtener un buen control con AMs es tan importante como con los fumigantes convencionales. Para obtener un buen control, la temperatura del grano debe estar por encima de 21°C durante la aplicación de CO2 (Navarro, 2006). Se demostró que, a 15,4°C, se obtuvo un control completo de la R. dominica inmadura después de cuatro semanas de exposición al 60% de CO2. Se reportaron respuestas de estadios larvarios, pupas y adultos de los escarabajos nitidulidos Carpophilus hemipterus (L.) y Urophorus humeralis (F.) expuestos a concentraciones simuladas de gas quemador a tres temperaturas de 26, 30 y 35 °C.
La comparación de los tiempos de exposición mostró que el efecto de la temperatura sobre la eficacia del tratamiento fue más pronunciado al nivel de O2 al 1%, donde, para las tres etapas de ambas especies probadas, los valores de LT50 a 26°C eran aproximadamente la mitad de los de 35°C. Sin embargo, con 3% de O2 y 35°C, las LT50 sólo se redujeron marginalmente. Se expusieron huevos, larvas, pupas y adultos de T. castaneum a tres concentraciones bajas de oxígeno a 26, 30 y 35°C.
En todos los niveles de O2 (1, 2 y 3%), en atmósferas respiratorias típicas bajo condiciones herméticas (similares a las atmósferas de gas quemador), los valores de LT99 a 35°C eran significativamente más bajos que los de 26°C. El trabajo en las cuatro etapas de desarrollo de E. cautella mostró la fuerte influencia de la temperatura en los valores de mortalidad cuando los insectos fueron expuestos a concentraciones de CO2 variando de 60 a 90% en el aire.
