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BIODEGRADACIÓN DE RESIDUOS URBANOS LIGNOCELULÓSICOS POR
Pleurotus
Irma DELFÍN-ALCALÁ
1
y Carmen DURÁN-DE-BAZÚA
2
1
Carrera de Biología. FES Iztacala, UNAM, Tlalnepantla 54020 Edo. de México, México
2
Programa de Ingeniería Química Ambiental y de Química Ambiental, Facultad de Química, UNAM, Ciudad Univer-
sitaria, Coyoacán 04510 D.F., México
(Recibido febrero 2002, aceptado febrero 2003)
Palabras clave: hongos celulolíticos, pasto, pañales, biodegradación
RESUMEN
Esta investigación tiene como objetivo reducir la masa de dos desechos de tipo urbano que
contienen celulosa y lignina, como la parte celulósica de los pañales y la poda del pasto común,
al utilizarlos como sustrato para el cultivo de dos tipos de hongos celulolíticos identificados
como variedades clara y oscura de
Pleurotus
spp.
obtenidas comercialmente. Estos hongos son
organismos que tienen la capacidad de degradar la celulosa y la lignina. Como materiales de
comparación se utilizaron, algodón industrial, con casi 100 % de su masa como celulosa, y paja
de trigo, muy usada en el cultivo comercial de estos hongos. Se adicionaron dos residuos que se
considera funcionan como enriquecedores en la degradación de residuos celulósicos, posos de
café y penachos de piña. La reducción en masa, tanto en los sustratos que contenían pasto
como en los que contenían paja, solos y con penacho de piña y posos de café, fue superior al 80 %;
correspondiendo la mayor reducción a la etapa de colonización del sustrato (primeras cuatro
semanas). Estos resultados indican que la mayor parte de la materia orgánica original fue
mineralizada y liberada al ambiente en forma de CO
2
y vapor de agua. En el pañal desechable, el
material polimérico superabsorbente representó un obstáculo para la colonización y degrada-
ción de la parte celulósica por lo que, a las cuatro semanas, estos experimentos se suspendieron.
Los resultados muestran que la degradación de la celulosa presente en estos residuos sólidos
por el hongo
Pleurotus
se beneficia con la presencia de los penachos de piña, indicando un
posible efecto sinérgico de la lignina.
Key words: cellulolytic mushrooms, garden grass, diapers, biodegradation
ABSTRACT
This research is focused to the mass reduction of two urban lignocellulosic materials, the cellu-
losic part of soiled diapers and the gardens grass residues, when used as substrates for the
cultivation of two
Pleurotus
spp. strains from commercial origin. These fungi are organisms that
have the ability to degrade cellulose and lignin. As a comparison, two additional substrates were
considered, industrial cotton with almost 100 % of its mass formed by cellulose, and wheat
straw, widely used for the commercial production of these fungus. Spent coffee grain and
pineapple crown, two residues that literature identifies as “improvers” in the degradation of
cellulosic residues, were added. Mass reduction for grass and wheat straw residues either alone
or combined with coffee spent grain and pineapple crown were higher than 80 %; corresponding
the highest reduction to the substrate colonization stage (first four weeks). These results indi-
cate that most of the original organic matter was mineralized and liberated to the environment as
CO
2
and water vapor. For soiled diapers, the superabsorbent polymeric material was an obstacle
for colonization and degradation of the cellulosic fraction, and after the fourth week these
Rev. Int. Contam. Ambient.
19
(1) 37-45, 2003
I. Delfín-Alcalá y C. Durán de Bazúa
38
experiments were suspended. These results show that cellulose degradation by
Pleurotus
in the
studied substrates is mainly improved by the pineapple crown, indicating a possible synergic
effect of the lignin.
INTRODUCCIÓN
Entre los residuos sólidos generados en las ciudades,
cerca de 40 % son materiales celulósicos o lignocelulósicos
que, en su mayoría, no reciben tratamiento alguno, como
los pañales desechables usados y el pasto cortado de los
jardines. El componente mayoritario de los pañales
desechables es la celulosa, un biopolímero cuya lenta
degradación hace que permanezca durante años casi sin
alteración en los rellenos sanitarios y en otros sitios de
disposición final. En 1992, Nava y Espinosa cultivaron el
hongo
Pleurotus
spp
.
en pañales desechables usados
como sustrato. El experimento condujo a resultados pro-
metedores en cuanto a la reducción de masa del sustrato
y a la producción de setas comestibles, aunque los auto-
res indicaron la necesidad de realizar nuevos experimen-
tos, modificando las condiciones de cultivo, para mejorar
la eficiencia del proceso de degradación de la porción
celulósica del pañal desechable.
Al diseñar nuevos experimentos se deben considerar
los cambios ocurridos en la composición de los pañales
desechables, posteriores a esos primeros ensayos. Uno
de los más importantes es que, actualmente, los pañales
incluyen en su composición alrededor de 10 %, en masa,
de un polímero sintético responsable de la gran capaci-
dad de absorción de los fluidos corporales, el “poliacrilato
de sodio”, material que se convierte en gel al retener de
200 a 300 veces su peso de agua. El incremento en la
capacidad de absorción permitió a los fabricantes redu-
cir el peso unitario del pañal y, por consiguiente, el conte-
nido neto de celulosa. En 1992-94, los pañales desechables
pesaban alrededor de 70 g y contenían 84 % de celulosa,
en tanto que los pañales desechables actuales pesan de
35 a 55 g y contienen entre 50 y 60 % de celulosa (Del-
fín-Alcalá
et al
. 2001, Delfín-Alcalá 2002).
La celulosa es un componente mayoritario de la ma-
dera y otras fibras vegetales, cadenas poliméricas que al
ser hidrolizadas liberan unidades de glucosa. Asociadas
con las fibras celulósicas hay hemicelulosas, que son
polímeros de azúcares distintos a la glucosa, básicamen-
te xilosas y manosas (Eyzaguirre 2000). La hidrólisis de
celulosa y hemicelulosa depende de la estructura de la
que forman parte, de los monómeros que las conforman
y del tipo de enlace entre ellos (Hadar
et al
. 1992).
En la naturaleza, el deterioro (pudrición) de los mate-
riales celulósicos es causado por la actividad metabólica
de un número limitado de ascomicetos y hongos imper-
fectos, organismos que degradan simultáneamente una
reducida fracción de la lignina. Se han citado diversos
hongos celulolíticos, como
Aspergillus, Candida, Cyathus,
Fusarium, Hypoxylon, Phanerochaeta, Stemphyllium,
Trichoderma
y bacterias que pueden también degradar la
celulosa, como
Actinomyces, Angiococcus, Bacillus,
Cellulomonas, Corynebacterium, Streptomyces,
entre
otras (Dunlop y Chang 1980).
En los vegetales, además de celulosa y hemicelulosa
está presente la lignina, que es el segundo compuesto
regenerable más abundante en la Tierra. Se trata de un
compuesto que no sólo es recalcitrante a la degradación,
sino que además, su estructura reticular tridimensional
de anillos aromáticos enlazados por átomos de oxígeno,
obstaculiza el acceso de las enzimas hidrolíticas hacia
las fibrillas celulósicas. La biotransformación de la lignina
es un proceso clave en el geociclo del carbono, proceso
metabólico realizado por mecanismos oxidantes
extracelulares. Los organismos más eficientes como
degradadores de la lignina son los “hongos de la pudrición
blanca”
(Higuchi 1990).
En esta investigación se propuso como objetivo, la
reducción de la masa global de dos residuos celulósicos
de tipo urbano, los desechos de jardinería, en particular
la poda de pasto y el material celulósico de los pañales
desechables, para lo cual se ensayó el cultivo de
Pleurotus
spp. sobre los dos residuos mencionados y mezclas de
los mismos con penachos de piña o con posos de café
(conocidos también como café lavado o café extraído).
Como materiales de referencia se usaron la paja de trigo
y la fibra de algodón.
MATERIALES Y MÉTODOS
Cepas
La “semilla” de dos variedades de
Pleurotus
“clara”
y “oscura”, fue suministrada por un cultivador comercial
de este hongo.
Sustratos
Se utilizaron pañales desechables usados, poda de
pasto, café lavado (posos) y penachos de piña, solos y
combinados, además de paja de trigo y de fibra de algo-
dón industrial, como testigos. El pasto común (cortado y
seco) se colectó en las áreas de jardín de la Facultad de
Estudios Superiores Iztacala de la UNAM, en el Estado
de México. Los pañales desechables usados, pero sólo
con residuos líquidos, fueron proporcionados directamente
por las madres. Éstos se fragmentaron con tijeras, a un
tamaño de partícula de aproximadamente 2 cm de longitud,
BIODEGRADACIÓN DE RESIDUOS POR
PLEUROTUS
39
con objeto de homogeneizarlos, permitir un mejor mane-
jo y facilitar la exposición del material celulósico al
inóculo. Se determinó el contenido promedio de hume-
dad de cada material para calcular la cantidad equiva-
lente a 250 g de sustrato, en base seca. El peso calcula-
do, de cada material y de cada mezcla, se colocó en bol-
sas de polipapel y se le agregó la cantidad de agua nece-
saria para tener 80 % de humedad. Las bolsas con los
sustratos fueron esterilizadas durante 15 minutos a 121
ºC.
Diseño experimental
Se hizo un diseño multifactorial (
Tabla I
), con los
sustratos básicos (residuos y testigos): algodón (
A
),
paja (
Pj
), pasto (
Ps
) y residuo de pañal (
). Esos
materiales fueron acondicionados solos y combinados,
1:1 en peso, con dos materiales que se considera fun-
cionan como
enriquecedores
del sustrato
:
café la-
vado
(
C
) y penachos de piña (
Pi
). El carácter de
en-
riquecedor
se asigna a la pulpa de café (Guzmán
et
al
. 1993), pero debido a que en las zonas urbanas no
se dispone de este residuo, en el experimento se le
sustituyó por café lavado, desecho que al igual que la
pulpa de café contiene nitrógeno no proteínico. En
cuanto al penacho de piña, algunos investigadores han
obtenido eficiencias biológicas elevadas al mezclar
ciertos sustratos con este desecho, aparentemente por
su alto contenido de lignina (Bautista
et al
. 1998). De
los tres primeros sustratos,
A
,
Pj
,
Ps
, se mantuvo un
testigo sin inoculación, para determinar la posible de-
gradación espontánea por organismos contaminantes
presentes en el ambiente.
Condiciones ambientales
El experimento se realizó en un laboratorio del Área
de Procesos y Medio Ambiente de la Universidad Autó-
noma Metropolitana, Unidad Azcapotzalco, en la Ciudad
de México, en el período comprendido entre los meses
de junio a septiembre de 2000. Los parámetros ambien-
tales registrados en la etapa de crecimiento micelial fue-
ron, temperaturas entre 17 y 18 °C y humedad relativa
entre 64 y 70 %, y en la etapa de fructificación, tempera-
turas de 17 a 20 °C, con humedad relativa de 58 a 70 %.
La humedad relativa favorable para la fructificación, se
mantuvo con el funcionamiento durante 24 horas de un
humificador de tipo doméstico. En esa misma etapa, para
favorecer el intercambio gaseoso, se hizo funcionar de
manera intermitente (dos o tres veces al día, durante 15
a 30 minutos en cada sesión), un ventilador doméstico de
aspas.
Acondicionamiento de los sustratos, inoculación y
cultivo de
Pleurotus
spp.
La Unión de Cultivadores de Setas del Estado de
México suministró, para este estudio, semilla de trigo in-
vadida con dos variedades de
Pleurotus
, identificadas
por ellos como “oscura” y “clara” (por el color de los
hongos). Una vez preparadas las bolsas con sustrato,
fueron inoculadas bajo condiciones asépticas. La mitad
de las bolsas se inoculó con la variedad “oscura” y la
otra con la variedad “clara”, en proporción de 10 % del
peso seco de sustrato. Cada tratamiento se montó por
triplicado, identificándose las unidades experimentales por
la inicial de sus componentes y un número progresivo. Los
números 1, 2 y 3 correspondieron a sustratos inoculados
Sustrato
Inóculo
(250 g de peso seco)
(25 g de semilla de trigo invadida con micelio)
Pleurotus spp.
Pleurotus spp.
variedad oscura
variedad clara
Algodón
A-1
A-2
A-3
A-4
A-5
A-6
Algodón + piña 1:1
APi-1
APi-2
Api-3
APi-4
APi-5
APi-6
Algodón + café 1:1
AC-1
AC-2
AC-3
AC-4
AC-5
AC-6
Testigo
Sin inóculo
Sin inóculo
Pasto
Ps-1
Ps-2
Ps-3
Ps-4
Ps-5
Ps-6
Pasto + piña 1:1
PsPi-1
PsPi-2
PsPi-3
PsPi-4
PsPi-5
PsPi-6
Pasto + café 1:1
PsC-1
PsC-2
PsC-3
PsC-4
PsC-5
PsC-6
Testigo
Sin inóculo
Sin inóculo
Paja
Pj-1
Pj-2
Pj-3
Pj-4
Pj-5
Pj-6
Paja + piña 1:1
PjPi-1
PjPi-2
PjPi-3
PjPi-4
PjPi-5
PjPi-6
Paja + café 1:1
PjC-1
PjC-2
PjC-3
PjC-4
PjC-5
PjC-6
Testigo
Sin inóculo
Sin inóculo
Pañal
Pñ-1
Pñ-2
Pñ-3
Pñ-4
Pñ-5
Pñ-6
Pañal + piña 1:1
PñPi-1
PñPi-2
PñPi-3
PñPi-4
PñPi-5
PñPi-6
Pañal + café 1:1
PñC-1
PñC-2
PñC-3
PñC-4
PñC-5
PñC-6
TABLA
I.
DISEÑO EXPERIMENTAL. CODIFICACIÓN, SUSTRATOS E INÓCULOS EN CADA TRATAMIENTO
I. Delfín-Alcalá y C. Durán de Bazúa
40
con la variedad oscura y los marcados con 4, 5 y 6, con la
variedad clara (
Tabla I
).
El residuo de pañal desechable no se ajustó al mismo
contenido de humedad que los demás sustratos, debido a
que desde el inicio era heterogéneo y, aún después de
fragmentarlo, no se obtuvo un material de composición
uniforme. La humedad estaba distribuida irregularmente
y el promedio era superior al 200 %, por lo que, a estos
sustratos, no se les adicionó agua y se les manejó con su
contenido de humedad original. Se consideró la posibili-
dad de secar previamente el material, pero los ensayos
realizados no fueron exitosos debido a que el tiempo re-
querido era muy prolongado, se desprendían olores des-
agradables y había infestación por insectos.
Para el cultivo se siguieron las técnicas descritas por
Guzmán
et al
. (1993) y Gaitán-Hernández
et al.
(2002),
con la diferencia de que los sustratos no fueron pasteuri-
zados sino esterilizados, con el propósito de eliminar po-
sibles riesgo de infección por patógenos humanos que
pudieran asociarse con el manejo del residuo de pañal
desechable. Las bolsas se cerraron herméticamente para
prevenir contaminaciones y evitar la pérdida de hume-
dad. Como testigos se utilizaron bolsas sin inocular de
cada sustrato, incluyendo la paja.
Etapa 1: Crecimiento micelial
Las bolsas recién inoculadas se distribuyeron al azar
en los anaqueles de la cámara de cultivo (t=0). Los culti-
vos se mantuvieron en oscuridad durante las primeras
dos semanas, ayudados por una cubierta negra. Al térmi-
no del periodo de oscuridad se sustituyó la cubierta negra
por otra de plástico transparente y con un bisturí esterili-
zado, se hicieron perforaciones a las bolsas, para permi-
tir el intercambio gaseoso y disminuir la concentración
de CO
2
en la masa micelial; las bolsas se mantuvieron
durante dos semanas bajo condiciones de iluminación
natural. La técnica de Guzmán
et
al
. (1993) señala que
durante la etapa de colonización, conviene mantener con-
centraciones elevadas de CO
2
para inhibir el desarrollo
de hongos competidores, pero una vez que el sustrato ha
sido invadido por
Pleurotus
se debe favorecer la airea-
ción para aumentar la concentración de oxígeno, elemento
clave en el proceso de degradación de la lignina. Al fina-
lizar la primera etapa de cultivo (t=4 semanas), las bolsas
con pasto mostraban un grado de invasión superior al 70 %,
mientras que en las de pañal desechable, el porcentaje
de invasión era muy reducido.
Etapa 2: Fructificación
Al terminar la etapa de invasión (4 semanas), las bol-
sas se abrieron por completo para propiciar el libre inter-
cambio gaseoso y mantener un ambiente aerobio en el
interior del sustrato, favoreciendo el desarrollo de
primordios. Esta segunda etapa se prolongó por 12 se-
manas y concluyó con la cosecha de los hongos. Las
bolsas se mantuvieron en un periodo de luz-oscuridad de
12 x 12 horas, con riego diario por aspersión, para man-
tener la humedad anteriormente citada.
Cosecha
Los hongos se cosecharon cuando sus bordes ten-
dían a cambiar de cóncavos a convexos. Se registró el
peso fresco de los hongos cosechados por día, de cada
una de las muestras.
Análisis fisicoquímicos
Las determinaciones analíticas de humedad, cenizas
y nitrógeno Kjeldahl se hicieron conforme a las técnicas
estándar (AOAC 1995). La fibra y sus diferentes frac-
ciones (hemicelulosa, celulosa y lignina) se analizaron por
el método de Goering van Soest (1970), citado por Tejada
(1983), en el que las fracciones individuales se determi-
nan por las diferencias de peso del material insoluble,
antes y después de cada tratamiento. El contenido de
carbono orgánico se calculó conforme a la NMX AA67-
1985 (SEDUE 1985). Todas las mediciones se realiza-
ron por triplicado.
Muestras
Muestras homogéneas pequeñas de cada componen-
te identificable visualmente en un pañal nuevo de marca
comercial, fueron separadas mecánicamente y analiza-
da su composición elemental. La composición del
polímero superabsorbente no se determinó debido a que
a simple vista se apreciaba que estaba “contaminado”
con partículas diminutas. No se descarta que alguno de
los otros materiales también hubiera estado contamina-
do. El análisis de los componentes se hizo en el laborato-
rio del PIQAyQA de la Facultad de Química de la UNAM,
utilizando un analizador elemental Carlo Erba Modelo 200
equipado con graficador. Este instrumento permite co-
nocer la composición elemental de muestras muy peque-
ñas (1 a 3 mg) de materiales cuya composición sea ho-
mogénea.
La composición de los sustratos no homogéneos se
determinó al inicio de la etapa experimental (t=0 sema-
nas), sobre muestras del material, previamente secadas
a 105 °C. La humedad se calculó a partir de la diferencia
de peso entre las muestras antes y después de ser lleva-
das a peso constante. Las determinaciones realizadas a
las muestras secas fueron: contenidos de cenizas, de ni-
trógeno orgánico Kjeldahl y de lignina, celulosa,
hemicelulosa y minerales insolubles. Al finalizar el perío-
do de invasión por el micelio del hongo (t=4 semanas), se
determinó en las unidades que contenían pasto como
sustrato: masa total (húmeda), contenidos de humedad,
cenizas y nitrógeno orgánico Kjeldahl. Las últimas de-
terminaciones analíticas se hicieron a esos mismos
sustratos al finalizar el período de fructificación y cose-
cha (t=16 semanas), midiéndose: masa total (húmeda),
BIODEGRADACIÓN DE RESIDUOS POR
PLEUROTUS
41
humedad, contenidos de cenizas, de nitrógeno orgánico
Kjeldahl y de lignina, celulosa, hemicelulosa y minerales
insolubles. Se determinó la masa húmeda de las setas
cosechadas por unidad experimental, así como el peso
seco y el contenido de nitrógeno orgánico Kjeldahl de las
mismas.
Tratamiento de datos
Los datos analíticos obtenidos en las pruebas
fisicoquímicas (peso total, nitrógeno, fibra neutro deter-
gente y sus fracciones: hemicelulosa, celulosa, lignina y
minerales) se ajustaron a
base seca
, considerando el
contenido de humedad de cada material. Las mediciones
se hicieron al inicio de la etapa experimental (t=0) y des-
pués del crecimiento del hongo (t=16 semanas).
La reducción de masa expresa, en cada etapa, la
biodegradación del sustrato, entre el momento de la ino-
culación (t=0 semanas) y el fin de la etapa de invasión
(t=4 semanas) o de la fructificación y cosecha (t=16 se-
manas).
El contenido de carbono orgánico se determinó con-
forme a lo establecido en la norma oficial NMX AA67-
1985 (SEDUE 1985). El
factor
que se utilizó fue 0.46,
valor obtenido al considerar el contenido promedio de
carbono en los materiales presentes en los sustratos:
biomasa C
5
H
7
O
2
NP
0.2
(Manahan 2000) y celulosa
(C
12
H
22
O
11
). De acuerdo con la norma técnica referida,
el contenido de carbono orgánico se calculó como:
% de materia orgánica = peso seco – cenizas
(1)
% carbono orgánico = % de materia orgánica x
factor
(2)
Para el análisis estadístico de los datos se utilizó un
diseño de ANDEVA por bloques completamente
aleatorios (
α
= 0.05). Los cálculos fueron procesados
con la hoja de cálculo Excel, versión Office 2000.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los resultados de los análisis de la composición ini-
cial de los materiales en estudio se encuentran en las
tablas II
y
III
. Los porcentajes de reducción global de
masa de los sustratos se presentan en la
figura 1
. La
tabla IV
muestra el porcentaje de lignina (de las mues-
tras que fueron tomadas en forma periódica de los
sustratos) y las relaciones celulosa:lignina al inicio y final
de los experimentos. La
tabla V
ilustra los porcentajes
de reducción de peso de los sustratos, por etapa de culti-
vo y tipo de inóculo. La
tabla VI
registra las fracciones
de hemicelulosa, celulosa y lignina de cada uno de los
sustratos en estudio, en la fases inicial y final y, el por-
centaje de degradación.
Material
Nitrógeno
Carbono
Hidrógeno
Oxígeno*
Fórmula
%
%
%
%
mínima
Fibra algodón (celulosa)
*0.76
±
0.09
44.47
±
0.06
8.53
±
0.05
46.99
C
6
H
13
O
5
Tela azul (polipropileno)
*1.56
±
0.07
87.33
±
0.05
21.94
±
0.08
0.00
C
3
H
9
Tela blanca (polipropileno)
*1.16
±
0.07
79.21
±
0.04
19.66
±
0.03
0.00
C
3
H
8
Plástico (polietileno)
*1.23
±
0.02
78.23
±
0.07
19.80
±
0.05
0.00
C
2
H
5
Esponja (poliuretano)
5.78
±
0.03
59.41
±
0.02
10.21
±
0.08
24.61
C
13
H
26
O
4
N
TABLA III.
COMPOSICIÓN DE LOS MATERIALES DE UN PAÑAL DESECHABLE
Los datos mostrados corresponden a la media de tres determinaciones
±
la desviación estándar
*El oxígeno se calculó por diferencia, sin tomar en cuenta el pequeño porcentaje de nitrógeno en los com-
puestos que por su naturaleza no contienen este elemento
Material
Peso seco %
Cenizas %
Nitrógeno %
Celulosa %
Lignina %
Algodón
71.32
±
0.05
3.68
±
0.01
1.17
±
0.03
88.00
±
0.91
0.0
Paja
84.66
±
0.40
3.20
±
0.12
4.30
±
0.07
36.60
±
0.65
13.60
±
0.30
Pasto
89.27
±
0.20
9.23
±
0.16
14.43
±
0.05
32.00
±
0.15
5.80
±
0.20
Piña
25.91
±
0.12
3.43
±
0.04
4.94
±
0.03
30.00
±
0.35
43.00
±
0.37
Café
80.01
±
0.06
8.10
±
0.20
1.32
±
0.06
1.20
±
0.15
24.00
±
0.12
Pañal desechable*
Semilla var. oscura
38.94
±
0.
404.06
±
0.15
3.04
±
0.06
7.80
±
0.26
12.50
±
0.25
Semilla var. clara
31.77
±
0.28
4.94
±
0.12
2.11
±
0.05
8.00
±
0.20
10.60
±
0.29
Los datos mostrados corresponden a la media de tres determinaciones
±
la desviación estándar
* La muestra no era homogénea. Se determinó la composición elemental de un pañal desechable nuevo, ver
Tabla III
TABLA II.
COMPOSICIÓN INICIAL PROMEDIO DE LOS SUSTRATOS EMPLEADOS EN ESTE ESTUDIO
I. Delfín-Alcalá y C. Durán de Bazúa
42
En el presente estudio se observó que en ninguno de
los sustratos ensayados hubo diferencias significativas
de pérdida de peso, en función de la variedad de
Pleurotus
inoculada. Para las dos variedades, la reducción de peso
fue significativamente mayor durante la etapa de inva-
sión o colonización del micelio que durante la etapa de
fructificación (
Tabla V
), lo que se puede atribuir a la
utilización de los materiales más fácilmente degradables.
La paja de trigo es posiblemente el residuo vegetal que
se utiliza en México con mayor frecuencia para el culti-
vo comercial de
Pleurotus.
Esta paja y la poda de pasto
de jardín comparten algunas características físicas, pero
difieren en su rigidez que, en el caso de la paja, posibilita
la existencia de espacios para el intercambio gaseoso y
en su capacidad de retener humedad. En cuanto a su
composición (
Tabla II
), el pasto contiene porcentajes
más elevados de nitrógeno (14.4 %) que la paja (4.3 %).
Dichas diferencias no afectan las eficiencias de degra-
dación (
Figura 1)
, que son prácticamente iguales. En la
tabla V
puede apreciarse que, aunque al final tienen una
pérdida similar de masa, en la primera etapa el pasto lo
hace con mayor eficacia.
En la
tabla IV
se observan los datos obtenidos de las
relaciones lignina:celulosa para los sustratos estudiados.
Los contenidos de celulosa y lignina reportados por dife-
rentes autores, para un mismo material, difieren
significativamente, lo cual se comprende al revisar el
método que se utiliza para su cuantificación. El conteni-
do de cada componente se mide por la diferencia de
solubilidad de “hemicelulosa”, “celulosa” y “lignina” en
soluciones ácidas y oxidantes, bajo condiciones
estandarizadas de tiempo y temperatura. Pero, variacio-
nes, aún ligeras, en el tamaño de partícula de las mues-
tras sometidas a ebullición y en el tiempo efectivo de
calentamiento (antes, durante y después de la ebullición)
pueden afectar el resultado del análisis. No menos im-
portante es la composición efectiva de cada “componen-
te”, ya que hemicelulosa, celulosa y lignina no son molé-
culas de composición y estructura definidas, sino polímeros
de estructura compleja, cuyo tamaño, constituyentes y
tipo de enlaces son específicos en cada parte y especie
vegetal, así como de las condiciones a que los materiales
hayan estado sujetos antes de su acondicionamiento como
sustratos. En estos experimentos, por ejemplo, hay una
pequeña variación entre los valores de lignina de las
muestras tomadas para la caracterización de los lotes y
la muestra inicial de cada experimento (0
vs.
0.09 %
para algodón, 13.6
±
0.30
vs.
12.43 % para paja, 5.80
±
0.20
vs.
5.34 % para pasto), así como para el valor final en el
algodón (1.25 y 1.74 g, 0.005 y 0.007 %, inicial
vs.
final,
respectivamente).
El contenido de celulosa y lignina, no muestra corre-
lación con la pérdida de peso, pero sí la hay entre la ra-
zón celulosa:lignina y la reducción de peso. El coeficien-
te de correlación entre esos parámetros es 77 y 81 %,
respectivamente, para las variedades oscura y clara.
En el caso de la hemicelulosa, parece que hubiera
cierta relación entre su porcentaje y la degradación del
sustrato, el coeficiente de correlación porcentual es de
61 y 54 %, respectivamente, para las variedades oscura
y clara. El término “hemicelulosa” no es muy preciso,
desde el punto de vista químico, ya que hace referencia
a la fracción de la fibra cruda que se disuelve por ebulli-
ción en una solución ácida de detergente. Se considera
que incluye cadenas lineales y ramificadas de monosacá-
ridos distintos a la glucosa, cadenas polipeptídicas y frac-
ción de las cadenas celulósicas de bajo peso molecular,
componentes relativamente fáciles de degradar y de apor-
tar energía para la oxidación de la lignina. Esta suposi-
ción apoya los resultados que muestran que los sustratos
degradados en mayor proporción son los que contienen
C
% Reducción de peso
100
80
60
40
20
0
Var. clara
Var. oscura
PsC
PsPi
Ps
PjC
PjPi
Pj
AC
Api
A
Tratamiento
Fig. 1.
Reducción total de masa en porcentaje entre el inicio y
el final de los experimentos con los sustratos en estu-
dio empleando hongos de las variedades clara y oscu-
ra, A: Algodón,
A-Pi: Algodón-piña, A-C: Algodón-
café, Pj: Paja, Pj-Pi: Paja-piña, Pj-C: Paja-café, Ps: Pasto,
Ps-Pi: Pasto-piña, Ps-C: Pasto-café
Sustrato
Porcentaje
Relación inicial
Relación final
de lignina
celulosa:lignina
celulosa:lignina
Algodón
0.09
927.25*
17.00*
Algodón-piña
12.16
17.82
25.20
Algodón-café
1.74
22.98
8.84
Paja
12.43
2.70
4.20
Paja-piña
9.43
5.00
4.12
Paja-café
7.93
4.27
4.79
Pasto
5.34
5.51
1.66
Pasto-piña
5.89
4.84
2.38
Pasto-café
4.39
3.47
2.59
TABLA IV.
PORCENTAJE DE LIGNINA Y PROPORCIONES
CELULOSA:LIGNINA AL INICIO Y AL FINAL DE
LOS EXPERIMENTOS EN LOS SUSTRATOS EN
ESTUDIO
*Prácticamente celulosa pura
Baja la proporción celulosa:lignina
Sube la proporción celulosa:lignina
BIODEGRADACIÓN DE RESIDUOS POR
PLEUROTUS
43
mayor porcentaje de hemicelulosa (
Tabla VI
).
Pleurotus
es un hongo que tiene la capacidad de de-
gradar tanto la celulosa como la lignina. En los sustratos
con concentraciones más altas de lignina (8-12 %), con
excepción del sustrato paja-piña, se favoreció la degra-
dación selectiva de este componente en comparación con
la hidrólisis de la celulosa. En los sustratos con conteni-
dos bajos de lignina (0.1-8 %) hubo mayor degradación
de la celulosa. Esta degradación diferencial se observa
fácilmente en la relación celulosa:lignina encontrada en
los sustratos al inicio y al final del experimento.
Bisk’o y Bilay (1992), en un estudio realizado sobre
tres sustratos, encontraron que no había relación directa
entre la razón celulosa:lignina y la degradación del sustrato
por
Pleurotus ostreatus
. El orden de degradación en-
contrado correspondió a la siguiente secuencia, de ma-
yor a menor: residuo de girasol (celulosa:lignina = 1.17),
paja de trigo (celulosa:lignina = 1.64) y paja de lino
(celulosa:lignina = 0.78).
Es interesante observar las diferencias que la meto-
dología y el propio sustrato marcan. Por ejemplo, para la
paja de trigo, en este trabajo se obtuvo un valor de 2.7,
mientras que dichos investigadores reportan 1.64. Natu-
ralmente, cada variedad de trigo tiene proporciones dife-
rentes de sus componentes por lo que esta información
es de carácter genérico pero no definitorio.
La energía potencial de la lignina es mayor que la de
la celulosa pero, aparentemente, los hongos no pueden
utilizar la lignina como fuente de carbono o energía, la
oxidación de la molécula de lignina requiere un cosustrato,
como fuente alterna de energía (Hadar
et al
. 1992). En
experimentos
in vitro,
Higuchi (1990) encontró que, para
degradar 5 mg de lignina se requieren, como fuente in-
mediata de energía, 100 mg de glucosa. Pese a su difícil
degradación, la presencia de cierta clase de lignina pare-
ce ser importante en sustratos lignocelulósicos. Por ejem-
plo, en los tres sustratos enriquecidos con corona de piña,
la degradación de la lignina fue mayor que en los mismos
sustratos sin enriquecer, resultado que ya había sido des-
critos por otros autores (Guzmán-Dávalos
et al
. 1987a,b,
Wang
et al
. 2001). La lignina presente en el “café lava-
do” parece no tener el mismo efecto positivo.
Pañal desechable
Las unidades que contenían pañales desechables
como sustrato presentaron problemas y fueron retiradas
del experimento, cuando habían transcurrido cuatro se-
manas. La colonización del sustrato era muy limitada,
poco menos del 10 %. Las limitaciones en la coloniza-
ción por el micelio del hongo pueden deberse al exceso
de humedad y a la presencia del material gelificado que
obstaculizaba el intercambio gaseoso y la oxigenación
Sustratos
Algodón
Paja
Pasto
Reducción
c/piña
c/café
c/piña
c/café
c/piña
c/café
de peso
Variedad
%%%%
%
%
%%%
Primera etapa: Oscura 76.68
±
3.54 50.58
±
6.85 54.98
±
3.50 39.62
±
12.79 77.57
±
3.04 77.94
±
5.86 63.23
±
7.13 83.23
±
3.04 78.14
±
4.62
en 4 semanas
Clara
71.01
±
0.01 63.20
±
0.05 61.01
±
0.05 59.05
±
0.07
76.51
±
0.07 74.28
±
0.08 72.80
±
0.11 81.86
±
0.06 85.45
±
0.04
Segunda etapa:
Oscura 1.38
±
1.88
27.59
±
7.81 13.99
±
3.45 43.4
±
14.32
14.43
±
5.02 8.18
±
4.41 20.94
±
10.23 6.67
±
2.11
9.66
±
5.34
en 12 semanas
Clara
7.79
±
0.52
15.68
±
2.43
7.43
±
3.41 24.37
±
11.93
9.82
±
5.11 10.73
±
4.73 10.34
±
2.68
8.18
±
0.79
3.15
±
1.77
Total:
Oscura 78.06
±
1.77 78.17
±
1.66 68.97
±
0.49 83.09
±
2.25
92.00
±
1.64 86.06
±
2.08 84.17
±
1.95 89.90
±
0.98 87.80
±
1.17
en 16 semanas
Clara
78.80
±
0.06 78.88
±
0.02 68.44
±
0.19 83.42
±
0.09
86.33
±
0.03 85.01
±
0.09 83.14
±
0.02 90.04
±
0.01 88.60
±
0.05
TABLA V.
PORCENTAJE DE REDUCCIÓN DE PESO DE LOS SUSTRATOS POR ETAPA DE CULTIVO
Fracción
Tratamiento
A
APi
AC
Pj
PjPi
PjC
Ps
PsPi
PsC
Hemicelulosa
Inicial (g)
17.32
59.81
31.70
90.00
96.19
68.11
97.32
99.77
71.67
Final (g)
7.89
3.89
7.61
2.50
1.36
5.16
7.22
6.18
5.20
% degradación
54.45
93.50
75.99
97.22
98.59
92.42
92.58
93.81
99.64
Celulosa
Inicial (g)
221.1
148.63
112.15
92.65
130.13
93.64
81.15
78.65
42.13
Final (g)
32.57
40.30
40.24
9.29
5.98
8.60
2.86
1.82
1.70
% degradación
85.27
72.88
64.06
89.97
95.40
90.82
96.70
97.69
95.97
Lignina
Inicial (g)
1.25
5.97
4.81
34.21
25.96
21.84
14.71
16.23
12.10
Final (g)
1.74
1.60
4.55
2.21
1.45
1.79
1.06
0.76
0.66
% degradación
0.00
73.20
5.40
93.54
94.41
91.80
92.79
95.32
94.55
TABLA VI.
CONTENIDO DE LAS FRACCIONES DE FIBRA CRUDA A t=0 (INICIAL) Y A t=16 SEMANAS (FINAL)
EN LOS LOTES QUE INICIALMENTE TENÍAN 250 g (b.s.)
I. Delfín-Alcalá y C. Durán de Bazúa
44
del cultivo. Sin embargo, los resultados obtenidos en la
fibra de algodón confirman que la celulosa, componente
mayoritario del pañal desechable, es un sustrato adecua-
do para el cultivo de
Pleurotus
y que se pueden lograr
resultados más adecuados si se le mezcla con materiales
de desecho que mejoren su estructura física y aporten
lignina y nitrógeno orgánico. Este último elemento puede
ser incorporado al sustrato naturalmente, en forma de
urea y otros compuestos presentes en la orina y heces
del bebé. Los datos del análisis elemental (
Tabla III
) se
podrán emplear para corroborar, en estudios posteriores,
la degradación de los materiales poliméricos por méto-
dos de oxidación avanzada (De la Cabada-Islas
et al.
2000).
Pasto
En los experimentos en que se utilizó pasto como
sustrato lignocelulósico, la conversión de la materia or-
gánica a CO
2
y agua en fase de vapor dio una reducción
importante de masa, 90.9 % para la variedad oscura y
89.6 % para la variedad clara, lo que indica que la mayor
parte de la materia orgánica presente fue mineralizada y
liberada al ambiente (su bioconversión a biomasa fúngica
fue baja, de 26.2 y 11.6 g de setas frescas por 100 g de
sustrato seco, para la variedad oscura y para la variedad
clara, respectivamente). La muestra testigo sin inocular
mostró reducción de masa inferior a 5 %.
CONCLUSIONES
Aunque hay algunos factores que muestran relación
directa o indirecta con la degradación de los sustratos
utilizados, estos hallazgos son indicadores y pueden ser-
vir de guía pero no se deben considerar como
condicionantes absolutos, ya que esta investigación re-
afirmó que la degradación de los sustratos por los hon-
gos del género
Pleurotus
está sujeta a la influencia de
múltiples factores, entre ellos, actividad enzimática, dis-
ponibilidad de oxígeno, composición del sustrato,
interacción de micelio y sustrato, genotipos de la cepa,
condiciones ambientales y estadío morfogenético del cul-
tivo (Bisk’o y Bilay 1992).
Actualmente una fracción menor de desechos de poda
es sometida al tratamiento de composta, pero el resto se
descarga en los sitios de disposición final de basura, lo que
dificulta su degradación natural, dado que se acumula en
pilas carentes de ventilación (oxigenación) que pudieran
facilitar su degradación. En esos sitios se pueden ver, du-
rante años, los restos de estos residuos de jardinería.
Desde el punto de vista del cuidado del ambiente, la
minimización del pañal desechable representa un reto
dado que no se dispone de un tratamiento para los gran-
des volúmenes que son generados diariamente. En estu-
dios anteriores con este sustrato, los resultados fueron
alentadores, pero aún se debe trabajar sobre los factores
que, al modificar la composición del residuo, evitaron que
el material celulósico fuera degradado por el hongo. De
resolverse la interferencia debida a la presencia del
poliacrilato de sodio, podría reducirse más de 50 % de
las casi mil toneladas diarias de pañales desechables que
se generan (González-del-Carpio 2000).
De estos resultados se concluye que hay una posible
correlación entre la presencia de lignina y la degradación
de materiales residuales celulósicos (del tipo del pasto).
Los resultados no permiten obtener conclusiones de la
posible degradación del material celulósico del pañal des-
echable debido a que la presencia del material
superabsorbente obstaculizó la colonización del micelio
de
Pleurotus
. Se planea ensayar, en experimentos futu-
ros, la separación del polímero o su degradación previa
empleando sistemas fotolíticos (luz solar y agentes
oxidantes como el agua oxigenada).
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