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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
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Editores técnicos
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Miller,
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Norma
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Official methods
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Edition. Association
of official Analytycal
Chemists.USA.1980.
Norma
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Official methods
of Analysis.16 th
Edition. Association
of official Analytycal
Chemists.USA.
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Official methods
of Analysis.16 th
Edition. Association
of official Analytycal
Chemists.USA.
Norma
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(1980). Professional
organization dedicated
to the pulp and
paper industries.USA.
Product
Sigma aldrich (1998).
www.sigmaaldrich.com/catalogo/ProductDetail.do
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y Vigil, S. (1994).
Gestión integral
de residuos sólidos.
McGraw-Hill, Madrid,
469–502.
Vilches,
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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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