M. en C. Rosa María Espinosa Valdemar Dra. Sylvie Turpin Marion M. en C. Irma Delfín Alcalá Pablo Rafael Maldonado Alejandre Miriam Almanza Veloz

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1 ANÁLISIS DE LA EFICIENCIA DE BIODEGRADACIÓN DEL PAÑAL DESECHABLE Y ESTUDIO DE LA EFICIENCIA BIOLÓGICA DE ESTE RESIDUO COMO SUSTRATO PARA EL CULTIVO DE LA SETA M. en C. Rosa María Espinosa Valdemar Dra. Sylvie Turpin Marion M. en C. Irma Delfín Alcalá Pablo Rafael Maldonado Alejandre Miriam Almanza Veloz Universidad Autónoma Metropolitana. Unidad Azcapotzalco Av. San Pablo Núm. 180, Col. Reynosa Tamaulipas, C.P , México, D.F. Tel y Fax: (55) , @correo.azc.uam.mx y prafaelma@yahoo.com RESUMEN En el presente trabajo de investigación se buscó la posibilidad de degradar el pañal desechable usado, en mezcla con dos residuos lignocelulósicos urbanos, el café lavado y la cascarilla de semilla de girasol, utilizándolos como sustrato para el cultivo de Pleurotus spp. Los parámetros de estudio estuvieron dirigidos a evaluar la eficiencia de la degradación y a estimar la eficiencia biológica de los distintos sustratos. En cuanto a la degradación de los residuos, la medición se basó en la reducción de peso y la disminución de volumen del material utilizado como sustrato. En el trabajo experimental, la reducción de peso fluctuó entre 46.2 y 87.6%, los sustratos que presentaron la mayor eficiencia de degradación fueron la PJ, el PC 7:3 y el PG 7:3. En cuanto a eficiencia biológica, los valores encontrados oscilaron entre 1.55 y 23.78%, habiendo tenido mayor eficiencia el sustrato PC3. Los resultados anteriores confirman como una alternativa viable para la disminución del volumen de algunos residuos de difícil degradación que se generan en grandes cantidades, la biodegradación mediante un organismo celulolítico, el hongo Pleurotus spp. I INTRODUCCIÓN El ritmo y nivel de vida que imprime la sociedad actual, principalmente en los núcleos urbanos, ha propiciado una demanda cada vez mayor de artículos que representan comodidad para los usuarios. El uso de estos productos, entre ellos, los pañales desechables, ha agudizado el problema de la generación, recolección, aprovechamiento y disposición final de los residuos sólidos municipales [Espinosa, 2002]. Se calcula que la zona metropolitana de la Ciudad de México genera poco más de 12 mil toneladas de residuos todos los días, cifra que la coloca entre los centros urbanos que más desechos producen en el mundo y, según el Instituto Nacional de Ecología, 3% de esta basura 1

2 (alrededor de 570 toneladas diarias) son pañales desechables que inciden en el problema de contaminación ambiental. De acuerdo a datos proporcionados por la PROFECO [2004], en México se utilizan anualmente 5 mil millones de pañales desechables. Tanto el diseño como la composición de los pañales desechables han sufrido cambios importantes a través de los años, aunque su componente mayoritario, que representan 80-90% del total, sigue siendo la celulosa fluffy (fibra natural), el resto son polietileno, polipropileno y un material con propiedades superabsorbentes. Por su naturaleza, el pañal desechable usado es resistente a la degradación, a su permanencia en los sitios de disposición final contribuye el mensaje de los fabricantes de que para desecharlo: se le envuelva en la cubierta plástica y se asegure ésta con la cinta adherente., lo que hace que la celulosa quede en el interior de un pequeño envoltorio, cubierta por un material impermeable no biodegradable [Espinosa, 2002]. Desde 1991, la UAM Azcapotzalco ha ensayado diversas alternativas de tratamiento, una de las cuales ha sido utilizar el pañal desechable usado como sustrato para el cultivo del hongo Pleurotus ostreatus, especie de importancia comercial que puede crecer en una amplia diversidad de sustratos celulósicos, al utilizarlo en el campo con ese propósito, se reduce de manera significativa el volumen de algunos desechos orgánicos de origen agroindustrial [Sánches y Royse, 2001; Martínez-Carrera et al, 1993]. Desde los ensayos a pequeña escala, de este proceso biotecnológico se han obtenido buenos resultados: degradación de la materia orgánica, 50% a 87%; eficiencia biológica, 34 a 43%. Si se mejoran las condiciones de cultivo se puede elevar la eficiencia de degradación biológica [Gaitán et al, 2002], por lo que se proyectan nuevos experimentos y trabajar a mayor escala. II PAÑAL DESECHABLE USADO Y OTROS RESIDUOS CELULÓSICOS El pañal desechable usado es un residuo urbano de composición celulósica, por lo mismo, resistente a la degradación biológica En empresas productivas y de servicio, se generan otros residuos sólidos que comparten la característica de ser difícilmente degradables. La cascarilla de la semilla del girasol es un desecho que se genera durante la producción de aceite de girasol; ese material celulósico puede aprovecharse para el cultivo de Pleurotus [Hennebert et al, 2002]. Otro residuo celulósico municipal es el café lavado, que no es sino el poso que queda al preparar café, el café lavado tiene un alto contenido de nitrógeno. Los materiales celulósicos son potencialmente degradables, aunque recalcitrantes, es decir, en ambientes naturales su destrucción requiere decenas o aún cientos de años [Eyzaguirre, 2000]. Su destino final podría ser la incineración, proceso que permite aprovechar la energía calorífica desprendida aunque tiene el inconveniente de que el bióxido de carbono liberado contribuye a la contaminación ambiental. Actualmente no se da tratamiento ni reaprovecha ninguno de esos tres residuos mencionados, sólo se les deposita en tiraderos a cielo abierto o en rellenos sanitarios. Desde 1991, en la Unidad Azcapotzalco de la Universidad Autónoma Metropolitana, se trabaja en el proyecto de investigación Alternativas de tratamiento para los pañales desechables 2

3 usados, que tiene como objetivo proponer formas de minimizar este residuo, de preferencia obteniendo algún provecho como resultado del proceso. Los resultados de esta investigación podrían contribuir a disminuir la cantidad de desechos que son depositados en los sitios de disposición final [Espinosa et al, 1995, 2000]. La difusión (radio, revistas y televisión) que se dio a este proyecto en los años recientes, despertó el interés de otras instituciones educativas y de algunas empresas comerciales e industriales. III METODOLOGÍA Se describen la etapas de la metodología que se utilizó para la degradación del pañal, por el hongo Pleurotus spp. Obtención de la Cepa y Preparación del Inóculo La cepa utilizada fue donada por un cultivador comercial del Estado de México. El inóculo se obtuvo propagando las esporas en agar y posteriormente haciéndolas crecer en semillas de sorgo estériles. Obtención y Acondicionamiento de los Sustratos Pañales Los pañales se obtuvieron de dos guarderías, seleccionando únicamente los pañales que contenían residuos líquidos. Para reducir su tamaño los pañales se fragmentaron en un molino de martillos. Café Lavado Es el material que queda como residuo después de la preparación de la bebida. El café lavado se recolectó de cafeteras de las oficinas de la propia Unidad Azcapotzalco. Se midió su contenido de humedad (NMX-AA ). Cascarilla de Semilla de Girasol Es la parte externa o pericarpio de la semilla que queda como subproducto de la fabricación del aceite de girasol, en zonas urbanas, la semilla de girasol se utiliza como alimento para algunas aves domésticas. La cascarilla fue recolectada en una tienda de mascotas. El residuo fue lavado y secado antes de determinar su porcentaje de humedad. Tanto el café lavado como la cascarilla se adicionaron al pañal desechable usado con el propósito de que aportaran: nitrógeno, fósforo y azufre, elementos necesarios para el desarrollo del hongo que no están presentes en cantidad suficiente, en el residuo de pañal. Paja Como sustrato testigo se utilizó paja de avena, la paja de diferentes cereales es un sustrato que se utiliza frecuentemente para el cultivo comercial de Pleurotus [Martínez-Carrera et al, 1991 y Guzmán et al, 1993]. La paja se adquirió como donación de agricultores del Estado de Morelos. 3

4 Se fragmentó para reducir su tamaño y se remojó durante 24 horas para que alcanzara la máxima hidratación, finalmente se dejó escurrir el exceso de agua. PET A todos los sustratos se les incorporaron fragmentos de envases de plástico PET, para evitar el apelmazamiento y favorecer la presencia de espacios vacíos que contuvieran el oxígeno requerido para la respiración del hongo. Los envases de plástico, se lavaron y manualmente se les redujo a trozos de tamaño conveniente (7 a 10 cm). A cada unidad experimental se le intercalaron aproximadamente 97 g de este material plástico. Preparación de los Sustratos Los sustratos ya acondicionados se mezclaron en las proporciones previstas (peso seco), y se les identificó con las claves que se muestran en el Tabla 1. Una vez preparada la mezcla, se ajustó la humedad a 60% y se colocó en bolsas termorresistentes (de polipapel) para someterlos a esterilización en autoclave (121 C durante 20 minutos). De cada sustrato se hicieron 5 réplicas. Tabla 1. Proporción y clasificación de los sustratos Composición del sustrato Clave 85% de pañales + 15% de café lavado 5 bolsas PC 8.5:1.5 85% de pañales + 15% cascarilla de semilla de girasol 5 bolsas PG 8.5:1.5 70% de pañales + 30% de café lavado 5 bolsas PC 7:3 70% de pañales + 30% cascarilla de semilla de girasol 5 bolsas PG 7:3 Testigos Pañal desechable usado 100% 5 bolsas P Paja de arroz 100% 5 Bolsas PJ Siembra y Fructificación de Pleurotus La siembra se realizó de la manera convencional, descrita por Guzmán et al (1993). Las bolsas inoculadas se colocaron en la cámara de cultivo, bajo condiciones de oscuridad. Transcurridos 7 días, las bolsas se perforaron con una navaja desinfectada con alcohol. Las perforaciones permiten el intercambio gaseoso. Las bolsas inoculadas se mantuvieron en condiciones de oscuridad hasta que el sustrato mostraba haber sido totalmente invadido [Foto 1]. 4

5 Invasión y Fructificación Foto 1. Disposición de los sustratos en la cámara de cultivo Una vez que el sustrato estaba invadido por el micelio del hongo, las bolsas se mantuvieron bajo condiciones de luz natural. Las bolsas se perforaron para que los cuerpos fructíferos pudieran crecer sin el obstáculo del polipapel, sin embargo, los sustratos se dejaron dentro de las bolsas, Para evitar pérdida de masa. El riego de los sustratos se realizó, cuando era necesario, por aspersión [Foto 2]. Foto 2. Invasión del sustrato Se registró el peso y la humedad de los sustratos al iniciar la fase de fructificación y posteriormente, a diversos intervalos de tiempo, hasta el final del cultivo. 5

6 Cosecha Una vez que se desarrollaron y alcanzaron un tamaño conveniente [Foto 3] los cuerpos fructíferos, se cosecharon cortándolos desde su base con una navaja y se registró su peso en fresco. También se registraron algunas características de los sustratos y de los hongos, como: tamaño, color y textura [Foto4]. Foto 3. Desarrollo del hongo sobre la mezcla Pañal 70%-Café 30% Foto 4. Registro de la cosecha de hongos 6

7 Parámetros de Control del Cultivo de Pleurotus spp. Para el control de las condiciones de cultivo de Pleurotus y evaluar la degradación del sustrato, se determinaron los siguientes parámetros: ph, humedad., cenizas, materia orgánica, nitrógeno Kjeldahl y relación C/N, que se midieron utilizando las técnicas de las normas mexicanas para el análisis de los residuos sólidos. La reducción de peso se midió como la diferencia entre el peso seco inicial y el peso seco final de los sustratos (mezcla de residuos). Las muestras para los análisis y el registro de peso y volumen fueron tomados: a) al momento de la siembra, b)durante la fructificación y c) al final del experimento. Cultivo de Pleurotus spp. IV RESULTADOS Y DISCUSIÓN El acondicionamiento de los sustratos y la siembra de Pleurotus spp. se hicieron de acuerdo a la metodología descrita, la invasión y la fructificación del hongo ocurrieron en los tiempos reportados en la literatura para otros sustratos. La primera cosecha se cortó entre los 35 y los 38 días después de que se habían inoculado los sustratos, la producción de hongos fue mayor en la primera cosecha, lo que se menciona en la literatura [Espinosa, 2002]. La fase experimental se dio por terminada después de 62 días de la inoculación, debido a que ya eran pocos los cuerpos fructíferos que brotaban. En ese momento, es decir, al término del experimento, algunos de los sustratos (P, PC 8.5:1.5 y PG 7:3) tenían un alto grado de disgregación (especialmente el sustrato P), así como presencia de insectos (mínima) y contaminación visible por hongos. Evaluación y Comparación de la Degradación de los Sustratos Evaluación de la Degradación de los Sustratos Los parámetros elegidos (determinación de: ph, humedad, contenido de cenizas, reducción de peso, materia orgánica y nitrógeno Kjeldahl) permitieron la evaluación cuantitativa del proceso de reducción de peso y de eficiencia biológica de los sustratos. En relación a la degradación se encontró lo siguiente: La combinación del pañal desechable con los dos residuos celulósicos urbanos favoreció la reducción de peso y de volumen del sustrato, lo que conlleva la disminución de materia orgánica y de nitrógeno. Los valores de ph se mantuvieron dentro de intervalos convenientes para el cultivo. En los sustratos PJ, P, PC 7:3 y PC 8.5:1.5 hubo una ligera disminución en el contenido de minerales, y en los sustratos PG 7:3 y PG 8.5:1.5 hubo un incremento poco significativo de ellos; tanto el incremento como la disminución pueden atribuirse al contenido de sales en el agua con la que regaron los cultivos. De acuerdo a los parámetros elegidos para evaluar la degradación de los sustratos, se encontró que, en general, los resultados de este proyecto son alentadores, ya que hubo una importante reducción de peso. No se encontró relación directa entre los sustratos que tuvieron las mejores eficiencias biológicas y la pérdida de peso. 7

8 La tabla 2 muestra un resumen de los resultados obtenidos, resaltando aquellos que destacaron por sustrato y por parámetro de estudio. Tabla 2. Resultados finales de la fase experimental SUSTRATO PARÁMETRO PJ P PC 7:3 PC 8.5:1.5 PG 7:3 PG 8.5:1.5 Eficiencia biológica (%) ph inicial ph final Reducción de peso (%) Disminución de materia orgánica (%) Disminución de nitrógeno (%) Reducción de peso/ E.B Evaluación de la Eficiencia de Degradación de la Materia Orgánica Los resultados encontrados de la degradación de materia orgánica, fluctuaron entre 3.2 y 20%, siendo los que tuvieron mayor degradación de materia orgánica la PJ, PC 7:3, PG 7:3 y PG 8.5:1.5, lo cual parece indicar que la complementación del residuo de pañal con residuos celulósicos y la proporción de ellos en el sustrato, afectan la eficiencia de reducción de la materia orgánica. Condiciones Más Apropiadas para la Degradación de las Mezclas de Pañal Se encontró que el sustrato PC 7:3 tuvo el mayor porcentaje de degradación (23.8%), seguido por PG 7:3 (18.91%) y PG 8.5:1.5 (18.82%). De acuerdo con los datos de la Tabla 2, los mejores sustratos fueron PC 7:3, PG 7:3 y PG 8.5:1.5 por presentar, tanto la mejor eficiencia biológica como la más alta tasa de reducción de peso. Los resultados obtenidos para el sustrato P, en cuanto a su degradabilidad son atribuibles principalmente a la excelente invasión del micelio de Pleurotus y a la presencia de microorganismos ambientales, más que al proceso de fructificación, ya que como se dijo antes, la eficiencia biológica fue muy baja [Foto 5]. 8

9 Foto 5. Fructificación en el sustrato testigo pañal desechable Al comparar los sustratos PC 7:3 y PG 7:3 los resultados no muestran diferencias importantes, por lo que se puede considerar que todas las mezclas utilizadas como sustrato en este proyecto, conducen a un grado aceptable de degradación, aunque es ligeramente mejor el del sustrato PC 7:3. Los resultados encontrados justifican la conveniencia de complementar el residuo de pañal con otros residuos, que pueden proceder de actividades urbanas o de actividades agrícolas e industriales. El tratamiento aplicado al pañal desechable usado puede ser una alternativa conveniente para este residuo que actualmente se deposita con el resto de los residuos sólidos no recuperables ni reciclables. Espinosa propone (2002) como parte del manejo integral de este residuo, la recuperación postcultivo de los componentes no degradados: polietileno, polipropileno, polímero superabsorbente y restos duros de material vegetal. V CONCLUSIONES En relación con la reducción de peso, de las mezclas de sustratos empleados, el que tuvo mayor reducción fue PC 7:3 (71.5%), seguido por PC 8.5:1.5 (59.5%), PG 7:3 y PG 8.5:1.5, estos últimos con valores de 59%. El objetivo principal del estudio que era degradar el pañal desechable usado, se logró con una eficiencia aceptable. Perspectivas del Proyecto Considerando la experiencia que se tiene en México referente a la producción comercial de setas y trasladando estos conocimientos a la degradación de pañales desechables usados, en combinación con residuos sólidos urbanos, se obtuvieron resultados alentadores que respaldan las siguientes recomendaciones: La mezcla de pañal desechable usado y residuos urbanos debe tomar en cuenta, además de lo que mejore la eficiencia de degradación, la disposición y cantidad que de estos 9

10 materiales se encuentre en el lugar de cultivo, el café lavado represento una buena opción por ser un residuo generado urbano que se puede colectar separado, en cantidad suficiente y que no cuenta con un proceso de reutilización o aprovechamiento. Teniendo un control más minucioso del proceso de esterilización y del contenido de humedad de los sustratos, así como de la higiene del lugar designado para el cultivo, es posible lograr una mayor degradación, además se puede optar por la pasteurización que permite tratar, en menor tiempo, un mayor volumen de residuos. El lugar para realizar el tratamiento a mayor escala, no necesita las estrictas condiciones de un laboratorio, lo que representa una ventaja, ya que se aumentaría considerablemente el área disponible y por consecuencia la cantidad de residuos que pueden ser degradados. Estas recomendaciones pretenden ser de utilidad para ensayos posteriores en esta línea de investigación, que tengan el propósito de desarrollar un proceso a una escala mayor, en la búsqueda de un sistema de tratamiento que sea una alternativa real para el enorme volumen de pañales desechables usados que son generados en los centros urbanos. En el caso de los materiales complementarios utilizados no hubo diferencias importantes en cuanto a la proporción de residuo de pañal, por lo que, dado que el interés es reducir el volumen de este residuo, se sugiere utilizar al escalar el proceso, la relación más elevada, 85 en peso seco, de pañal desechable. No se debe olvidar, sin embargo, que la presencia de café lavado y de cascarilla de semilla de girasol, favoreció la reducción de peso y de volumen de los sustratos, lo que indica que la combinación del pañal desechable con un material que aporte nitrógeno y permita la existencia de espacios de aire es conveniente para lograr una mayor eficiencia en el proceso de biodegradación del residuo. BIBLIOGRAFÍA Espinosa, V.R.M. (1995). Reporte de investigación: Tratamiento de pañales desechables. UAM. México. Espinosa, V.R.M. (2002). Estudio comparativo del desarrollo de Pleurotus ostreatus utilizado como sustratos pañales desechables y paja. UNAM. México. Eyzaguirre, J. (2002). Lignocellulose biodegradation. Gaitán, H. R. (2002). Manual práctico del cultivo de setas: Aislamiento, siembra y reproducción. Instituto de Ecología, A.C. Primera edición, México. Hennebert, F. ; Menéndez, B.G. (2002). Gestión ambiental en la industria aceitera. Secretaria de Agricultura Ganadería Pesca y Alimentos. Argentina. Martínez, C. D. et al. (1991). Historia del cultivo comercial de hongos comestibles en México. Ciencia y desarrollo, 96: Martínez, C. D. et al. (1993). Los hongos comestibles en México: Biotecnología de su reproducción. Ciencia y Desarrollo. 111: Procuraduría Federal del Consumidor. (2004). Pañales desechables. 4 Septiembre Sánchez, E. J. ; Royse, D. (2001). La biología y el cultivo de Pleurotus spp. Editorial Limusa. Primera edición, México. 10