El biofilm es un recubrimiento presente en la mayoría de las superficies que están en contacto frecuente con el agua. Dentro del film hay una estructura altamente organizada y resistente capaz de albergar una gran variedad de microorganismos, incluidos los patógenos radiculares como el Pythium.
Las bacterias del biofilm exudan una matriz formada por polisacáridos (cadenas de azúcares), proteínas, lípidos, ADN y otras moléculas. Esta matriz fija el biofilm a la superficie y proporciona una estructura dentro de la cual los microbios pueden reproducirse. La matriz también ofrece protección contra las condiciones ambientales adversas (alta temperatura o sequía, por ejemplo) y contra los organismos que se alimentan de bacterias, como los protozoos.
La formación del biofilm consta de cuatro fases:
Debido a su estructura y sustancia, el biofilm es difícil de eliminar y se engrosa con el tiempo.
El biofilm puede causar diversos problemas en los sistemas de riego, tanto en los invernaderos como en los cultivos de campo que utilizan agua de origen almacenada en un estanque o depósito.
El biofilm puede obstruir los emisores del riego por goteo. Una obstrucción impide que el agua llegue a las raíces de las plantas, lo que provoca su muerte y la consiguiente pérdida de cosechas. El biofilm también obstruye los filtros, por lo que se requiere más mantenimiento y limpieza.
Además, el biofilm es un refugio para patógenos, como el Pythium. Una población permanente de patógenos dentro de un sistema de riego puede acceder a todo el cultivo a través del sistema, poniendo en peligro la sanidad, los rendimientos y los márgenes de beneficio de la cosecha.
El Pythium es una de las enfermedades radiculares más graves de los cultivos de invernadero. Las especies de Pythium son un gran grupo de patógenos similares a los hongos que resultan difíciles de manejar incluso para los productores experimentados, por lo que la prevención es fundamental. La Phytophthora, parecida al Pythium, es menos común pero más patógenico en términos generales. Lo más frecuente es que provoque la putrefacción de la raíz y de la corona, pero también puede causar el tizón foliar. El hongo de la Rhizoctonia es también una enfermedad común de la raíz y del cancro del tallo, y la putrefacción de la raíz y el tallo por Thielviopsis es otra enfermedad fúngica preocupante.
Dado que las enfermedades de las raíces en los invernaderos son difíciles de controlar, especialmente a temperaturas cálidas, su prevención es fundamental.
Por tanto, los productores necesitan utilizar un método de desinfección del agua que proporcione tanto la eliminación del biofilm como la prevención continua de su acumulación.
Los métodos de desinfección física como los rayos UV matan los microbios al destruir su ADN. La «dosis» de UV que se suministra depende de varios factores y se requiere una filtración previa de menos de 25 micras. La ósmosis inversa es otro método físico de tratamiento del agua. Ninguno de estos métodos de desinfección del agua tiene efecto sobre la formación del biofilm.
La oxidación es un método de desinfección del agua que elimina los microbios mediante la lisis celular. Se puede conseguir mediante aplicaciones repetidas de productos químicos como cloro, dióxido de cloro, sulfato de cobre o hipoclorito de sodio. El paso del gas ozono producido in situ por el agua de riego proporciona oxidación, al igual que la adición de peróxido de hidrógeno o ácido peroxiacético.
Las nanoburbujas desinfectan el agua de riego, destruyen el biofilm existente y evitan su formación. El uso de la tecnología de nanoburbujas es un método de oxidación sin productos químicos.
En la actualidad, hay generadores de nanoburbujas de Moleaer en más de 1000 instalaciones de riego en todo el mundo y tratan más de 2,5 millones de m³ de agua de riego cada día. El retorno de la inversión es rápido, ya que el 40 % de los clientes de horticultura de Moleaer amortizan la inversión en menos de 12 meses. Los productores que utilizan los generadores de nanoburbujas de Moleaer ven los cultivos y las raíces más sanas, lo que se traduce en una mejora de los rendimientos, y experimentan una mejor higiene del sistema de riego que permite reducir el tiempo de inactividad de las operaciones.
Las nanoburbujas miden entre 70 y 120 nanómetros de diámetro, aproximadamente son 2500 veces más pequeñas que un grano de sal. Con una concentración típica de cientos de millones de nanoburbujas por mililitro y una flotabilidad neutra, se desplazan uniformemente dentro de un líquido, proporcionando constantemente efectos de oxidación del agua fuertes y naturales. Las nanoburbujas se mueven de forma aleatoria y continua por todas las partes de un sistema de agua, desgastando el biofilm existente e impidiendo que se siga formando.
Gracias a su movimiento constante y a su acción oxidante, las nanoburbujas penetran y eliminan físicamente los depósitos de biofilm en las reservas de agua y en las tuberías de riego, al tiempo que evitan que se vuelvan a formar.
Cada nanoburbuja tiene una «vida útil» típica de varios meses. Al desintegrarse, se producen especies reactivas de oxígeno (ERO), como los radicales hidroxilos, que provocan la lisis de los patógenos y otros microbios que flotan libremente en el agua de riego o dentro del biofilm.
Este estudio de 2020 publicado en Environmental International se centra específicamente en la capacidad de las nanoburbujas para eliminar el biofilm en las tuberías de riego. Los investigadores descubrieron que «las nanoburbujas reducían la biomasa microbiana y cambiaban la composición de la comunidad en el biofilm» debido a «la alta temperatura localizada, la presión y los radicales hidroxilos con fuerte actividad oxidativa durante la explosión de las nanoburbujas».
Durante el ensayo, la biomasa del biofilm se redujo en varios intervalos de tiempo entre un 31,3 % y un 52,1 %. «Las nanoburbujas indujeron cambios significativos en la comunidad del biofilm y una reducción de su biodiversidad a través del efecto biocida directo y la influencia indirecta en la calidad del agua», afirmaron los científicos. «Las nanoburbujas fueron perjudiciales para las relaciones mutualistas entre las diferentes especies microbianas, lo que condujo a la formación de redes microbianas simples y pequeñas, con la reducción de las interrelaciones positivas entre un 49,1 % y un 77,1 %».
Otros investigadores han llegado a la conclusión de que «el estudio de la generación de ERO causada por las nanoburbujas es de gran importancia para su aplicación tanto en el aspecto de la promoción de la actividad fisiológica como en el de la esterilización».
Además de eliminar el biofilm mediante la abrasión física directa y la acción hiperlocalizada al colapsar (producción de ERO, cambios de temperatura y presión), las nanoburbujas impiden la formación del biofilm de dos maneras:
Su movimiento constante y aleatorio y sus densidades extremadamente altas oxidan (generan la lisis de) los microbios que flotan libremente antes de que puedan adherirse a las superficies de las tuberías de riego y comenzar a formar el biofilm.
En segundo lugar, las nanoburbujas tienen carga negativa y son atraídas por las superficies positivas de las tuberías de riego. Esta atracción hace que cubran por completo las superficies de las tuberías, impidiendo que cualquier microbio que flote libremente se adhiera y forme el biofilm.