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Revista EIDENAR: Ejemplar 11 / Enero - Diciembre 2012
 

DEGRADACIÓN DE CELULOSA EN DESECHOS ORGÁNICOS DOMÉSTICOS EN LOS ESTRATOS SOCIALES 1 Y 2 UTILIZANDO ASPERGILLUS NIGER

CELLULOSE DEGRADATION IN ORGANIC HOUSEHOLD WASTE IN STRATA 1-2 BY USING ASPERGILLUS NIGER.

*Recibido: 9 Septiembre 2012

*Aceptado Octubre 8 2012

 

 

Luz Stella García Alzate, Ing.
Facultad de Ciencias Básicas y Tecnología
Universidad del Quindío. Armenia, Colombia.

legata.928@gmail.com

Lady Tatiana Sánchez Tarquino, Ing.
Facultad de Ciencias Básicas y Tecnología
Universidad del Quindío. Armenia, Colombia.

 

Leonardo Padilla Sanabria, M.Sc.
Facultad de Ciencias Básicas y Tecnología
Universidad del Quindío. Armenia, Colombia.

Germán A. Giraldo Giraldo, Ph.D.
Facultad de Ciencias Agroindustriales
Universidad del Quindío. Armenia, Colombia.
 

ggiraldo@uniquindio.edu.co
 
.

 

RESUMEN

 

El manejo de los residuos sólidos ha tomado un lugar prioritario en la actualidad debido a los problemas medioambientales que éstos generan. Por esto se hace necesario la búsqueda de nuevos planes de contingencia que sean al mismo tiempo fructuosos para la población, como es el caso de la reutilización de desechos orgánicos para la producción de azúcares reductores. En este proyecto se investigó la degradación de celulosa en desechos orgánicos domésticos de los estratos sociales 1 y 2 de la ciudad de Armenia (Colombia) usando un sistema biológico (A. niger), generándose la mayor producción de azúcares reductores en el día 12 (42787 ppm) consecuente con el crecimiento del hongo y la progresiva degradación de celulosa hasta un porcentaje mínimo de 21,14%.

Palabras clave

 


residuos sólidos, desechos orgánicos domésticos, azucares reductores, A. niger, degradación de celulosa.


ABSTRACT

 


Solid waste management has taken a priority today because of environmental problems that these generate. So this is necessary the search of new contingency plans that are at the same time fruitful for the population, as it is the case of the reuse of organic waste for the production of sugars. In this project the degradation of cellulose in household organic waste of social strata 1 and 2 of the city of Armenia (Colombia) were investigated using a biological system (a. niger), generating the highest production of reducing sugars in the 12th (42787 ppm) consistent with the growth of the fungus and the progressive degradation of cellulose to a minimum percentage of 21,14%.


Key words

 

solid waste, organic household waste, reducing sugars, A. niger, cellulose degradation.

1. INTRODUCCIÓN


Los desechos domésticos no se consideran normalmente peligrosos, dado que casi siempre son materiales que han sido manipulados por personas antes de desecharse.

Se pueden considerar desechos domésticos: residuos de comida, papel, cartón, plástico, textiles, cuero, residuos de jardín, madera, vidrio, lata de hojalata, aluminio, otros materiales, cenizas, hojas en la calle, residuos especiales (artículos voluminosos, electrodomésticos, bienes de línea blanca y recogidos separadamente, baterías, pilas, aceites, neumáticos) y residuos domésticos peligrosos (Tchobanoglous et al., 1994).

Su composición varía según diferentes elementos, pero dependen esencialmente: del nivel de vida, de la estación del año, del modo de vivir de la población, zonas turísticas, según el clima y según el día de la semana (López et al., 1997).

El Aspergillus es un organismo ampliamente utilizado en la producción de una gran variedad de glucanasas, con un espectro tal que puede lograrse la completa degradación de la celulosa.

La celulosa es un componente estructural en las paredes vegetales, y también es una pero también fuente rica de energía al ser degradada en monómeros estructurales. para la degradación de la celulosa se debe tener en cuenta su susceptibilidad a la hidrólisis enzimática ya que está afectada significativamente por los rasgos estructurales de los materiales celulósicos, que incluyen: grado de acumulación de agua, orden molecular, contenido de material asociado como la lignina, estructura capilar de las fibras de celulosa, área superficial, además del rasgo sugerido como el más importante: cristalinidad (Vilches, 2000).

El objetivo de esta investigación fue la degradación de celulosa en desechos orgánicos domésticos en los estratos sociales 1 y 2 de la ciudad de Armenia, utilizando Aspergillus niger.


2. MATERIALES Y MÉTODOS

 


Se recolectaron muestras de basura de los estratos sociales 1 y 2 de la ciudad de Armenia durante 15 días seguidos. Las muestras fueron clasificadas en componentes orgánicos e inorgánicos; posteriormente los desechos inorgánicos se eliminaron y los desechos orgánicos fueron macerados y escurridos para eliminar el exceso de agua y refrigerados para evitar degradación rápida.

A los desechos orgánicos domésticos se les realizó una caracterización teniendo en cuenta los parámetros de grados Brix y el índice de refracción, empleando un refractómetro Termoelectron 334610 acoplado a baño ultratermostato de circulación “Selecta” a 25 ºC, según el método A.O.A.C 932.12.

Siguiendo con la caracterización, se determinó el pH por medio de un potenciómetro HANNA instruments pH 212

Microprocessor pH Meter según el método A.O.A.C 981.12. Asimismo se efectuó el análisis de humedad según el método A.O.A.C 20.013 y cenizas de acuerdo con la norma TAPPI 211 om-85.

La cepa de A. niger fue donada por el cepario fúngico del Centro de Investigaciones Biomédicas de la Universidad del Quindío; se inoculó en agar papa dextrosa (PDA) en tubos inclinados con siembra de estría en la superficie del medio; se incubaron por 8 días y luego se removieron las esporas con una solución al 1% de Tween 20.

Durante la cinética de crecimiento del Aspergillus niger se realizaron mediciones en sustancias que contenían 10 ml de medio mineral Czapek (g/litro de: 2.0 g NaNO3;1g K2HPO4; 0.5 g MgSO4. 7H2O; 0.5 g KCl; 0.01g FeSO4. 7H2O), 0,25 g de desechos orgánicos domésticos y 1 ml de esporas del hongo, en los días 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12.

Para establecer el porcentaje de celulosa en desechos orgánicos domésticos se usó el método de hipoclorito de sodio (Jenkis, 1930; Butt, 2006) y para los azúcares reductores el método colorimétrico con ácido 3,5-Dinitrosalicilico (DNS) (Miller, 1959).


3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN


En la Tabla 1 se observa la composición física típica de los residuos sólidos domésticos en los estratos sociales 1 y 2, resaltando el elevado porcentaje de plásticos (promedio 12,1 %) comparado con los reportados por (Tchobanoglous et al.,1994), quienes indican. que la cantidad de plástico se encuentra entre 2 y 6 %; los demás componentes se encuentran dentro de los rangos reportados, siendo los datos promedios obtenidos: vidrio 6,95 %, cartón 12,29 % y materia orgánica no contaminada (residuos de comida) 57,22 %; en la literatura se reportaron rangos de 1-10 %, 8-30 % y 20-65 %, respectivamente.

De acuerdo con la clasificación realizada, los residuos sólidos que se generan en mayor proporción corresponden a los desechos orgánicos no contaminados, observándose mayor cantidad de cáscaras de plátano, yuca y papa, las cuales contienen una gran cantidad de celulosa en su composición, principal recurso de degradación del Aspergillus niger, además de cáscaras de huevo y tomate. También en esta clasificación se reportaron residuos sólidos, tales como; aluminio, pilas y esponjillas de brillo, entre otros.

En la caracterización realizada de los desechos orgánicos domésticos (verse en la Tabla 2), se observa el contenido de humedad del 0,19%, siendo inferior a los reportados en la literatura con un porcentaje de humedad del 70% (Tchobanoglous et al., 1994) esta drástica diferencia se debe a que se eliminó el exceso de agua de los mismos. Con respecto a los datos obtenidos para el análisis de cenizas se puede observar que la muestra arrojó valores inferiores basados en análisis previos realizados por (Galizzi et al., 2009).

Los grados brix en los desechos orgánicos fueron de 2.86 y el pH presentó una tendencia ligeramente ácida (6.36), lo cual se podría atribuir a una leve descomposición de los mismos o a la presencia de ácidos en los diferentes componentes; sin embargo, después de agregarle la solución de Tween 20, que contiene el Aspergillus niger, se presentó un aumento en el pH (7,03) debido a que el pH de la solución es más alto, aproximadamente 7,4 (sigma aldrich).

En el agar papa dextrosa a temperatura ambiente el Aspergillus niger creció favorablemente, observándose un color negro propio del micelio aéreo de este hongo filamentoso.
Teniendo en cuenta los datos obtenidos en la determinación de los pesos secos se observa en la Figura1 las etapas de crecimiento del A. niger. Entre el día 0 y el día 2 se observa una disminución del peso, indicando la adaptación de algunas esporas al medio, tomando esta fase como la fase estacionaria; posteriormente observamos una fase de crecimiento entre los días 2 a 6; los días siguientes se pueden tomar como la fase de latencia, puesto que se observa una aparente estabilización del crecimiento del hongo debido al exceso de sustancias tóxicas y a la disminución de la actividad enzimática.

Según la Figura 2, el porcentaje de celulosa disminuye con el paso de los días, siendo el único alimento del A. niger.Etó demuestra que el hongo no fue nutricionalmente exigente, se adaptó al medio y degradó celulosa.

Se observa en los primeros días una degradación en menor proporción, lo cual se atribuye a la necesidad del hongo por obtener alguna fuente de energía y adaptarse

Tabla 1. Composición física típica de los residuos sólidos domésticos en los estratos sociales 1 y 2 de la ciudad de Armenia.

 

Tabla 2. Caracterización de desechos orgánicos domésticos.

a las nuevas condiciones que le ofrece el medio. De igual forma, los datos de degradación de celulosa y la determinación del peso seco tienen concordancia, ya que a medida que el microorganismo crece degrada celulosa.
Con los datos obtenidos en la determinación de azúcares reductores, de la Figura 3 se puede deducir que se presenta un incremento en la producción de azúcares reductores a partir del día 0 hasta el día 12, donde se corrobora, de acuerdo con las Figuras 1 y 2, que el hongo se encuentra en fase de crecimiento y está degradando celulosa progresivamente, logrando producir azúcares reductores, con una producción máxima el día 12 de 42787 partes por millón (ppm).


4. CONCLUSIONES

 


El pH de la muestra es poco ácido, debido posiblemente a que no se presentó una descomposición significativa ya que fue reducida al extraerse gran cantidad de líquido en las muestras.
El Aspergillus niger fue un adecuado sistema biológico en la hidrólisis enzimática ya que degradó la celulosa y

Figura 2. Porcentaje de celulosa degradada por A. niger en desechos orgánicos domésticos de los estratos sociales 1 y 2.

Figura 3. Producción de azúcares reductores por degradación de celulosa con A. niger en desechos orgánicos domésticos de los estratos sociales 1 y 2.

se adaptó favorablemente a las condiciones del medio.
Se determinó un máximo de producción de azúcares reductores en el día 12, con una cantidad de glucosa de 42787 ppm por 0.25 g de muestra.


5. AGRADECIMIENTOS


Al programa de Química de la Universidad del Quindío y al laboratorio de investigación Diseño de Nuevos Productos (DNP); además se agradece al cepario fúngico del Centro de Investigaciones Biomédicas por la donación de la cepa de Aspergillus niger.


6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Butt, D. (2006). Thermochemical processing of agroforestry biomass for furans, phenols, cellulose essential oil”. En A report for the RIRDC. Australia: Land & water.

Galizzi, F., González, C. y Suárez, E. (2009). Gestión de residuos orgánicos (Residuos N° 111) Características de lombricompuestos comerciales producidos en Santiago del estero (Argentina). Revista técnica, 19, 50-59.

Jenkis, S.H. (1930). Estimation of cellulose by means of sodium hypochlorite. Boichem J, 24, 1428.

López, J., Vidal, F. y Pereira, J. (1997). Basura Urbana recogida, eliminación y reciclaje. Editores técnicos asociados, S.A. Barcelona.

Miller, L. (1959). Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. En Anal. Chem 31, 426 – 428.

Norma AOAC 932.12 (1980). Official methods of Analysis.16 th Edition. Association of official Analytycal Chemists.USA.1980.

Norma AOAC 981.12 (1980). Official methods of Analysis.16 th Edition. Association of official Analytycal Chemists.USA.

Norma AOAC 20.013. (1980). Official methods of Analysis.16 th Edition. Association of official Analytycal Chemists.USA.

Norma TAPPI T 211 om-85 (1980). Professional organization dedicated to the pulp and paper industries.USA.

Product Sigma aldrich (1998).
www.sigmaaldrich.com/catalogo/ProductDetail.do

Tchobanoglous, G., Theisen, H. y Vigil, S. (1994). Gestión integral de residuos sólidos. McGraw-Hill, Madrid, 469–502.

Vilches, L. (2000). Determinación de las actividades exoglucanasas de cepas fúngicas nativas de las provincias de Huaylas y Huaraz. Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Lima.

 

 

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