6 Teoría 6 Metanogenesis- Compostaje Teoría 2013-1

7/24/2019 6 Teora 6 Metanogenesis- Compostaje Teora 2013-1

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METANOGENESIS

Metanognesis es el proceso anaerobio en el que los equivalentes de electrn de la

materia orgnica se utilizan para reducir el carbono a metano (estado de oxidacin 4 ).La

metanognesis o formacin del metano puede ser biognica abiognica.

!nualmente se forman "4#$ %&' x '&g de metano de los cuales %$%* + son de origen

biognico (zonas enc,arcadas ,umedales naturales rumiantes termes vertederos ocanos

lagos tundras) "$ # + de origen abiognico (escapes industriales de gaseoductos

combustin de biomasa miner-a de carbn emisiones de gas natural ,idratos de metano

volcanes automviles).

4.1 Metanognesis biognica es la formacin del metano como parte del biogas o gas que

se desprende de ambientes anaerobios ricos en materia orgnica (principalmente zonas

pantanosas eructos de los rumiantes).

l biogas es un gas que se produce mediante un proceso metablico de descomposicin

anaerobia de la materia orgnica en metano (//$0'+) 12& ("/$4'+) 3& ('./$/+)

&5 ('.+) &($"+) vapor de agua (trazas).

l metano es el resultado de la actividad de un grupo mu especializado de bacterias que

convierten los productos de fermentacin de otros microorganismos anaerobios

(especialmente 12& & formiato acetato) en metano o en metano 12&.

5e estima que las bacterias son las 6nicas responsables de las transformaciones que conducen

a la metanognesis aunque en ocasiones se puede detectar una variedad de distintos protozoos

anaerobios (en el rumen los protozoos constituen el /'+ de la biomasa total).


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4.2 Caractersticas de las bacterias metanognicas

$ !rqueobacterias

$ 7orma diversa reaccin tintorial 8ram positivas 8ram negativas

$ !naerobios estrictos muc,o ms sensibles al ox-geno agentes oxidantes como el

nitrato que las dems bacterias anaerobias

$ 1arecen de catalasa superxido dismutasa

$ 1uando crecen en forma autotrfica el 12&es la principal fuente de carbono lo

asimilan mediante la via reductiva del !cetil$1o! que conduce a la formacin de

acetato a partir del cual sintetizan las sustancias celulares.. 5in embargo el

crecimiento de todos ellos es estimulado por el acetato en algunas especies por

ciertos aminocidos.

$ 9tilizan el amon-aco como fuente de nitrgeno.

$ l fierro n-quel cobalto son oligoelementos requeridos para su crecimiento as-

como tambin el metal traza n-quel que es un componente del 7actor 4"' (coenzima)

de la enzima ,idrogenasa monxido de carbono des,idrogenasa (12:)

$ 5e encuentran en estrec,a relacin con las bacterias productoras de ,idrgeno

estableciendo una sintrofia (simbiosis mutualista entre bacterias productoras de

,idrgeno acetognicas obligadas metanognicas).

4. Gr!"os ta#on$micos de bacterias metanognicas

5e ,an aislado una variedad de bacilos cocos filamentosos 8ram positivos 8ram

negativos por lo que la taxonom-a se basa en la comparacin de secuencias ;3!r l* 5

establecindose siete grupos principales.

8rupo


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8rupo <


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&r!"oI'

?acterias metanognicas= Methanobacterium, Methanosarcina , Methanococcus

Methanospirillum , Methanomicrobium.

4.( S!stratos "ara la metanognesis

5e conocen tres clases de sustratos utilizados para la metanognesis.=

a. Sustratos tipo CO&

12&

7ormiato 122@

Aonxido de carbono

n esta primera clase de sustratos los electrones necesarios para la metanognesis

derivan por lo general del & . Los metangenos que crecen sobre & 12& son

autotrficos el 12& sirve tanto como fuente de carbono como de aceptor de

electrones. Bor esta 6ltima condicin el proceso se considera una respiracin

anaerobia de sustrato inorgnico (;educcin del 12&)

1'&C 4 & 14 C & &2 Methanobacterium

b. Sustratos de metilo

Aetanol

Aetilamina

:imetilamina

Drimetilamina

Aetilmercaptano

:imetilsulfuro

n esta segunda clase de sustratos las molculas orgnicas son reducidas por el

,idrgeno como fuente externa de electrones. !lternativamente en ausencia de

4


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,idrgeno una pequeEa cantidad de material es oxidado ,asta dixido de carbono para

generar los electrones necesarios reducir estas molculas de metilo ,asta metano= el

grupo metilo se reduce a metano. a travs de reacciones en donde algunas molculas

del sustrato funcionan como donadores de electrones se oxidan a 12 & mientras que

otras se reducen por lo tanto son aceptores de electrones (;espiracin anaerobia de

sustrato orgnico)

4 1"2 " 14C 12&C & &2 Methanosarcina

c. Sustratos de acetotrficos

!cetato

n esta tercera clase de sustratos para la metanognesis el cido actico se escinde

(reaccin acetoclstica o escisin del acetato a 14mas 1'&) para formar metano a

partir del grupo metilo dixido de carbono a partir del grupo carboxilo en una

reaccin de fermentacin.

1"122 C &2 14C 12& Methanosarcina , Methanothrix

4.) *roceso de metanognesis

+ase I, -idr$lisis

Los compuestos orgnicos compleFos son ,idrolizados por un conFunto de enzimas=

celulasas amilasas proteasas lipasas segregadas por los microorganismos

transformando polisacridos a monosacridos prote-nas a pptidos aminocidos grasas

a glicerina cidos grasos.

+ase II, Acidi%icante o Acidognesis

Los productos de baFo BA son adecuados como fuente de energ-a carbono celular. n

el interior de los microorganismos por accin de endoenzimas son transformados en

/


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cidos grasos de cadena corta alco,oles liberando & 12&(compuestos compleFos a

compuestos de baFo BA). sta fase es llevada a cabo por los fermentadores primarios

los cidos generados son acetato propionato butirato.

+ase III, Acetognica o Acetognesis

Llevada a cabo por bacterias obligadas productoras de protones o bacterias oxidantes de

cidos grasos productoras de & fermentadoras secundarias o acetognicas estrictas

cua 6nica forma de oxidar el 3!: es mediante la liberacin de &a medida que se

forma.

stas bacterias utilizan cidos grasos alco,oles como fuente de energ-a. n cultivo

axnico apenas se desarrollan o no lo ,acen en absolutoG sin embargo crecen

abundantemente cuando estn asociadas a un organismo consumidor de & (como un

metangeno o una bacteria reductora de sulfatos). sta dependencia se denomina

5$yntrophomonas %olfeioxida cidos grasos de 4 a % tomos de carbono principalmente

butirato ,asta acetato 12&e &cuando crece con una metangena.

$yntrophobacter %olinii oxida propionato ,asta acetato 12& e & cuando crece con

especies reductoras de sulfato

Dodo el & el 12& de los procesos fermentativos primarios es consumido

inmediatamente por bacterias metanognicas (para formar metano) bacterias

,omoacetognicas como Clostridium aceticum y "cetobacterium %oodii (para formar

acetato) o por bacterias reductoras de sulfatos. n este 6ltimo caso la reduccin de

sulfatos a sulfuros (bacterias reductoras de sulfato como :esulfovibrio) afecta

negativamente la metanognesis (competencia por el & toxicidad debido al &5).

*


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4&C 524H &&2C &5 C & 2$

+ase I', Metanognica

La metanognesis es llevada a cabo por bacterias que viven en -ntimo contacto con las

acetognicas pueden ser oxidantes del ,idrgeno o fermentadoras del cido actico. l

,idrgeno se usa como donador de electrones con dixido de carbono como aceptor para

formar metano mientras que el cido actico se escinde para formar metano dixido de

carbono.

5e considera que la produccin de metano es la estabilizacin ideal de la materia

orgnica porque posteriormente en aerobiosis se convierte en 12 &C &2

14C & 2& 12&C & &2

Los principales sustratos para la metanognesis en la tierra aguas dulces son el & el

acetato. n el mar los sustratos metilados (metilaminas o metanol) son los precursores del

metano.

n general en la naturaleza los sustratos ms importantes para la metanognesiss son el

& acetato 12&.

4. *ar/metros de o"eraci$n de la metanognesis

Los parmetros de operacin son aquellos que se fiFan antes del inicio del proceso

seEalando las condiciones en las cuales va a trabaFar el sistema.


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La relaci$n C,Ndebe ser de "'=l porque el carbono es consumido &/ a "/ veces ms

rpidamente que el nitrgeno. 9na buena mezcla est compuesta por estircol de ave con

paFa de arroz o rastroFos con excretas 9na relacin 1=3 mu alta provee exceso de carbono

originando acumulacin de cidos voltiles disminucin de p a extremos no permisibles

para las bacterias metanognicas cese de la produccin de biogas .

Bor el contrario con una relacin 1=3 menor a "'= el nitrgeno se acumula en forma de

amoniaco ,asta concentraciones que afectan negativamente las bacterias metangenas..

Los s$lidos totales no deben sobrepasar 0 a # + para procesos semicontinuos o

continuos. n procesos ?atc, la mezcla no requiere fluidez es recomendable trabaFar con

diluciones de &/ a "/+ de slidos totales.

Los slidos totales se aFustan con adicin de agua. 9na alta dilucin se considera * a ' + de

slidos totales una baFa dilucin a &/ a "/ +.

Los s!stratos 6tiles para la metanognesis son residuos del procesamiento industrial

de los alimentos= industria cervecera destiler-a residuos de vegetales e industria

conservera suero de la produccin de queso residuos de mataderos. !simismo estircol

animal biomasa agr-cola (principalmente de no rumiantes como cerdos)G sedimentos de

aguas residuales (lodos primarios secundarios).

Los desperdicios frescos (pastos verdes rastroFos) deben deFarse a la intemperie

aproximadamente ' d-as para su descomposicin antes de ser introducidos al digestor

Las paFas granos de cereales generan ms gas que el estircol fresco pero el contenido de

metano es menor. Las excretas ,umanas generan ms gas maor cantidad de metano que el

estircol fresco de vacuno pueden utilizarse solas o complementadas con otros tipos de

desec,os.

%


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b. Tem"erat!ra

Meso%lica

&% J1 4' J1

Aenor vapor de agua en el gas

Aenor 12&en el gas

Aaor cantidad de especies de metangenas

stable frente a los cambios bruscos de temperatura

Termo%lica

4' J1 *' J1

Aaor reactividad = Aenor tiempo de retencin

Aenor volumen de lodos formados

:estruccin de microorganismos patgenos

Aantenimiento ptimo de condiciones anaerobias

;esponde adversamente al enfriamiento accidental.

;equiere gasto de energ-a adicional para elevar la temperatura.

C$mo s!ministrar calor5

$ 1irculacin de aire caliente en serpentines ad,eridos a las paredes del tanque.

$ 1alentamiento del estircol antes de entrar al digestor.

$


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excesiva de cidos voltiles (Las bacterias acidognicas metanognicas deben estar

en equilibrio).

c. Acide6 0 "-

l contenido de cidos en la metanognesis no debe alcanzar ms de & ''' a 4 ''' mgIL

al mismo tiempo que se mantiene el p entre ** 0*. La concentracin de cidos orgnicos

el p del contenido del digestor debern determinarse diariamente para asegurar que el

funcionamiento del sistema anaerobio permanezca en equilibrio. 5i la capacidad de regulacin

se agota se debe aEadir una base qu-mica (carbonato o similar) para evitar una ca-da del p

que destruir-a a los metangenos..

La concentracin de cidos orgnicos es un indicador del funcionamiento del sistema.

Los cidos orgnicos clave son los de cadena corta que var-an en longitud de cadena desde un

carbono ,asta oc,o carbonos por mol (frmico actico propinico but-rico isobut-rico

valrico isovalrico caproico ,eptanoico octanoico). stos cidos son denominados

voltiles debido a que en su forma no ionizada pueden destilar con agua a ebullicin. ste

significado del trmino voltil es diferente del significado de compuestos orgnicos voltiles

(12>) trmino usado para describir compuestos orgnicos que son fcilmente eliminados del

agua mediante separacin con aire. Los cidos grasos de cadena corta no pueden eliminarse

del agua mediante separacin con aire.

Los cidos voltiles que se encuentran presentes a maores concentraciones durante el

arranque de un sistema anaerobio son el actico propinico but-rico e isobut-rico. Dambin

se forman como productos intermediarios de la degradacin de residuos orgnicos otros

cidos no voltiles como el lctico pir6vico succ-nico pero sus concentraciones son muc,o

menor que las de los cidos voltiles.

'


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d. Tiem"o de retenci$n

7luct6a de acuerdo a la temperatura tipo de sustrato. ! /' J1 *' J1 se necesitan % a

' d-as para obtener #/ + del total de gas. ! &' J1 "' J1 se requieren 4 semanas. n la

primera semana es maor la produccin de 12 &mientras que a partir de la segunda semana

es maor el metano obtenindose la mxima produccin a los l* d-as.

! tiempos de retencin maores existe el riesgo de tener bacterias en fase de muerte

siendo la degradacin de la materia orgnica lenta e ineficiente. ! tiempos de retencin

menores existe el riesgo que las bacterias sean eliminadas del sistema antes que la velocidad

de multiplicacin alcance el estado estacionario

Los excrementos de porcinos ricos en slidos voltiles fcilmente degradables necesitan

tiempos de retencin de ' a & d-as mientras que los excrementos de bovinos ricos en

materia celulsica fibras dif-ciles de descomponer requieren cerca de &' d-as.

e. A!sencia de o#geno

%. Agitaci$n

5e debe realizar una agitacin mecnica de / a ' minutos dos veces al d-a.

g. To#icidad

$ 5ulfatos

$ 1ontaminantes industriales agr-colas

$ !ntibiticos

$ :esinfectantes detergentes

$ Aetales pesados

4.7 8!ta de +i9aci$n del CO2, 'a del Acetil : CoA 7igura 3

La ruta de s-ntesis del acetil$1o! se lleva a cabo en organismos anaerobios estrictos

(bacter-as fototrficas verdiazules bacterias ,omoacticas bacterias reductoras de sulfatos


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algunas metangenas) permite la asimilacin de dos molculas de 12& que por reduccin

originan el grupo metilo (1") carbonilo (12) del acetato respectivamente. sta reduccin

requiere & como donados de electrones. 9na enzima clave en esta ruta es la monxido de

carbono des,idrogenasa (12:) enzima compleFa que contiene los metales n-quel zinc

fierro como cofactores.

0. l 12& es reducido a +ormiatopor la enzima formiato des,idrogenasa. Bosteriormente es

convertido en +ormiltetra;idro%olato. ! continuacin se aEaden dos o ms pares de

electrones se forma metil : tetra;idro%olato T-+3. :espus el gr!"o metilo es

transferido a una enzima que contiene vitamina ?&como cofactor formndose corrinoide

metilo.

0.& La enzima clave carbonomonxido des,idrogenasa (12:) cataliza la reduccin del 12&

a CO


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C0

Ni

Fe

CH3

C0

Ni

Fe

Ni

Fe

& 72;A

& 1"$ 1 ~51o! 1"$ 1 $2

+ig!ra 1.;uta de 7iFacin de 12&= >-a del !cetil 1o!

?&&&12&

1orrinoideAetiloD7

AetilDetra,idrofolato!DB

7ormilDetra,idrofolato

221o!

?iomasa

!cetato!cetil 1o!

12&

4&C & 12& !1D!D2 C &&2 C CCO=-

"


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4.> ?io&!mica de la Metanognesis

4.>.1 En6imas 0 Coen6imas

$ Aetanofurano A7.

@ Aetanopterina AB (7orma activa= Detra,idrometanopterina 4ABD 1oenzima 74&')

@ 1oenzima A (1' A$5 cido$ &$ mercaptoetanosulfnico.

@ 5istema Aetil ;eductasa ( metilcoenzima A metilreductasa) =

+racci$n A= ! !& !" 7!:

>itamina ? & 1oenzima 74&'

+racci$n ?=1oenzima 5 DB (0 Aercapto,eptanoil treonina fosfato o

fosfato de 0 $ Aercapto,eptanoil treonina )

+racci$n C = Aetilreductasa. 9nidos a cada molcula del componente 1

existen dos molculas de 74"' dos de 1oenzima A metilada (1" 5 $ 1oA).

@ nzima Aonxido de 1arbono :es,idrogenasa (12:)

1ontiene 3i 7e Kn como cofactores

1ataliza la reduccin de 12&a 12

1ataliza la oxidacin de 12 a 12&

4.>.2 +ormaci$n del Metano

a. ?io&!mica de la metanognesis "or red!cci$n del CO2 con - 2

7iguras & ")

l dixido de carbono es reducido pasando sucesivamente a radicales formilo

metenilo metileno metilo el cual a su vez es reducido a metano. l suministro de

electrones para las reacciones de reduccin procede de la oxidacin del ,idrgeno .


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a. La coenzima metanofurano (A7) activa el 12& que es reducido a

carbono%ormilo.

a.& l grupo formilo es transferido ,acia la tetra,idrometanopterina(AB)

para formar carbono metenilo.

a." :espus es des,idratado a carbono metileno.

a.4 Bosteriormente es reducido a carbono metilo.

a./ l grupo metilo es transferido ,acia la coenzima A originando

metilcoen6ima M.

a.* l metilcoenzima A o 1oenzima A metilada (1" 5 1oA) es

reducida a metano por el sistema Aetil reductasa (7igura &)

l sistema metilreductasa reduce metilcoenzima A teniendo como

acarreador de ,idrgenos el 5 $ DB 74"' originando metano como

producto secundario un ,eterodisulfuro. sta etapa final de reduccin del

metilcoenzima A por el & es un proceso exergnico es la fuente de

energ-a para la generacin de !DB.

1oA$ 5 1" 14

5$ DB 1o$ 5$ 5$ DB

74&'

1oA 5 5$ DB

+ig!ra 2. 5istema metil reductasa

74"'


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l producto de la reaccin entre el 1" 5 1oA el 5 DB (Aetilcoenzima

A 1oenzima $ 0 $mercapto,eptanoiltreonina) adems del metano es un bisulfuro de 1o A

DB= 1oA 5 5 DB llamado tambin ,eterodisulfuro. Bosteriormente este

,eterodisulfuro es reducido se regeneran la 1oA el 5$DB.

a. A!totro%ia de las bacterias %ormadoras de metano "or red!cci$n del CO&

(7igura ")

Los microorganismos formadores de metano por reduccin del 12&con & integran

sus v-as biosintticas bioenergticas debido a que comparten los intermediarios comunes.

!mbas llevan a la formacin del grupo metilo. Los metangenos que crecen autotrficamente

carecen de aquella parte de la v-a del !cetil$1o! que lleva a la formacin de grupos metilo

en su lugar lo obtienen de la v-a metanognica.

b.1 La coenzima Aetanofurano activa el 12&que es reducido a carbono%ormilo.

b.2 l grupo formilo es transferido ,acia la tetra;idrometano"terina formando

carbono metenilo.

b. :espus es des,idratado a carbono metileno.

b.4 Bosteriormente es reducido a carbono metilo

b.( La metil tetra,idrometanopterina cede los grupos metilo a una enzima que contiene

?& originando corrinoide metilo.


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b.)


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CH3

Co

Ni

Fe

Ni

Fe

A. METANOGNESIS

& O O & !DB

CO2 M+ C - M* C - M* C-2 M* C- CoM S C- C-4

A7 &2 AB &2 1oA $ 5

?.ABTOT8O+IA 1" 12;; CO88INOI=E METIO

& 1"$ 1 ~51o! 1"$ 1 $2

+ig!ra . ?ioqu-mica de la metanognesis por reduccin del 12&con &

AD


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c. ?io&!mica de la metanognesis a "artir de com"!estos metilo 7igura 4)

Los compuestos metilo como el metanol donan los grupos metilo a una prote-na

corrinoide para formar corrinoide metilo(precursor de la vitamina ?&).

l compleFo corrinoide metilo transfiere el grupo metilo a la coenzima A para

formar metilcoen6ima M( 1" 5 $ 1oA ) del cual se forma el metanopor reduccin a

travs del sistema metilreductasa con los electrones derivados de la oxidacin de otras

molculas de metanol ,asta 12&(7igura 4!)

C$mo se reali6a la o#idaci$n del metanol a CO& 7igura 4 ?)

c. !lgunas molculas de metanol donan los grupos metilo a una prote-na

corrinoide para formar corrinoide metilo.

c.& Bosteriormente son transferidos ,acia la tetra,idrometanopterina

originndose carbono metilo

c." ste sufre una oxidacin se origina carbono metileno

c.4 5e lleva a cabo una oxidacin se origina carbono metenilo.

c.4 l grupo formilo es transferido ,acia la coenzima metanofurano para formar

carbono %ormilo

c./ 5e lleva a cabo una oxidacin se origina CO2.

d. +i9aci$n del CO& "or bacterias %ormadoras de metano a "artir de com"!estos

metilo +ig!ra 4 C3

La enzima clave monxido de carbono des,idrogenasa (12:) cataliza la

reduccin del 12& (formado por la oxidacin del metanol) ,asta CO el cual se va a

combinar con el grupo metilo procedente del metanol quedando el 1 " ad,erido a un

tomo de n-quel el 12 a un tomo de ,ierro del interior de la enzima. n este punto se

aEade la 1o! la 12: cataliza la formacin del !cetil 1o!.


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Aolculas que Aolculas queson oxidadas son reducidas

1" 12;; 1" 12;;

AB 1oA 51" AB 1oA 5 1" Aetil 1oenzima A

1arbono Aetilo !DB 5 DB

& & 74"'

AB 1& 1oA$5$5$ DB

1arbono Aetileno 14

& & A

2

AB 1

1arbono Aetenilo

A7

2

A7 1

1arbono 7ormilo 1"2

&

12& 1" 122;

2

1 12: 1" 1 12:

1o!

2

1" 1 5co! 2

? 1" 1 2 C

!1D!D2

?


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a. ?io&!mica de la metanognesis "or escisi$n del acetato 7igura /3

Bara fines energticos la fuente es el acetato. l acetato es activado a !cetil 1o!l acetil 1o! interacciona con la monxido de carbono des,idrogenasa propicindose dos

eventos=

e. l grupo metilo del acetato se transfiere a la enzima corrinoide de la v-a de !cetil

1o! para formar C-: Corrinoide(corrinoide metilo)

Nl grupo metilo se transfiere a la tetra,idrometanopterina (AB) originando

carbono metilo

N:espus se transfiere a la coenzima A para originar metilcoen6ima M( 1" 5

1oA ) la cual es reducida a metano a travs del sistema metil reductasa

La conservacin de energ-a tiene lugar en la acetotrofia como resultado de una

fuerza proton motriz formada durante la etapa de la metil reductasa igual que

sucede en el crecimiento de metangenos sobre &C 12&

e.& l grupo 12 del acetato es oxidado ,asta 12& en reaccin catalizada por la

monxido de carbono des,idrogenasa liberndose electrones que son utilizados en

la reduccin del 1"5$ 1oA a metano.

5e debe recordar que las metangenas acetoclsticas escinden el acetato a 12&

14 mientras que las reductoras del 12&forman 14a partir del 12& &

b. -eterotro%ia de bacterias %ormadoras de metano "or escisi$n de acetato

Bara la biosintesis el acetato es utilizado directamente para lo cual previamente es

activado (,etertrofia)


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!cetato

!DB 1o!

2

1" 1 5 1o! ?


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?arreto 8. O 1rdova P. (&'&). ?acterias aisladas del :ren 4''' para la

obtencin de prote-na a partir de metano producido con excretas de Caviaporcellus QcuR residuos lignocelulsicos en Lambaeque. Desis deLicenciatura. Lambaeque. 9niversidad 3acional Bedro ;uiz 8allo.

?enavides !. O Blasencia 1. (&'&). 1aracterizacin f-sico$qu-mica del abono

l-quido ?iol obtenido por digestin anaerobia de tres sustratos orgnicos enPaanca Lambaeque. Desis de Licenciatura. Lambaeque. 9niversidad 3acionalBedro ;uiz 8allo.

Aadigan A.G AartinSo P. P. BarSer (&''4) ?rocS. Biolog'a de los

Microorganismos.:cima edicin. Aadrid= Bearson ducacin 5.!. Bars ;. 5. Purez (##0) Bio(u'mica de los microorganismos. Axico

ditorial ;evert 5.!. ;ittman ?. B. Ac1art (&'')Biotecnolog'a del Medioambiente, Principios y

"plicaciones. spaEa. Ac8raT ill.


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?IO=EG8A=ACION =E COM*BESTOS IGNOCEBSICOS

Los compuestos lignocelulsicos o biomasa vegetal estn constituidos

esencialmente por celulosa (4/$*'+) ,emicelulosa (/$*'+) lignina ('$"&+). 5u

produccin sobrepasa las ' toneladas I aEo el 0/ + se genera en las zonas boscosas.

:ebido a que los procesos de biodegradacin natural son lentos los compuestos se

acumulan constituen un peligro para el equilibrio ecolgico. Las materiales

lignocelulsicos mal llamados QdesperdiciosR pueden clasificarse como=

;esiduos agr-colas (paFas rastroFos) ;esiduos agroindustriales (bagazo de caEa pulpa de caf cscaras de frutas vegetales

procesados ) ;esiduos forestales ;esiduos lignocelulsicos urbanos (pasto desperdicios de vegetales de frutas verduras

de los mercados papeles).

.1 Cel!losa

La celulosa es un pol-mero lineal no ramificado formado por unidades :$glucosa

unidas por enlaces ? ($4) que van desde el carbono anomrico 1 de una unidad al

,idroxilo del 14de la siguiente unidad.La unidad estructural es la celobiosa (unin de dos

glucosas). 9na molcula de celulosa est constituida por cadenas lineales con un promedio

de " ''' a / ''' unidades de glucosa que pueden encontrase dispuestas al azar (celulosa

amorfa) o agrupadas en microfibrillas (celulosa cristalina). 1uando la celulosa est unida

a la ,emicelulosa se le denomina ,omocelulosa.

!isladamente la celulosa es una sustancia blanca insoluble en agua solventes

orgnicos como alco,ol benceno ter pero soluble en 1l 4'+ o en &5240& +. La

celulosa Funto con la ,emicelulosa son los componentes ms abundantes en los materiales

lignocelulsicos. ! la celulosa se le considera como el material renovable ms abundante

en la bisfera es el pol-mero ms importante de las plantas constituendo entre 4'

/' + de la pared celular de una planta madura.


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La celulosa puede ser ,idrolizada por=

$ ;uptura del enlace ? $4 por adicin de agua. sta reaccin puede ser

catalizada por cidos o por enzimas.

$ idrlisis qu-mica con cidos (& 524 1l) a elevadas temperaturas

presiones.

$ idrlisis enzimtica con celulasas

a. ?iodegradaci$n de cel!losa

La celulosa es degradada por bacterias aerobias (Pseudomonas, Chromobacterium,

actinomicetos) bacterias anaerobias (Clostridium) as- como por mixobacterias

protozoos especialmente los que ,abitan en intestinos de las termitasG sin embargo la

descomposicin de la celulosa es ms com6n en ,ongos que en bacterias. Los ms activosson los mo,os )richoderma, Chaetomium, Penicillium, Fusarium y Myrothecium.

b. Cel!lasas de ;ongos

stos microorganismos poseen celulasas que no son consideradas como un enzima

sino como un sistema compuesto por tres clases de enzimas=

$ ndo ? glucanasas (4 ? :$glucan glucano,drolasas =8) que rompen los

enlaces ?$ glucos-dicos en forma aleatoria en el interior de las molculas de celulosa

originando dimeros celobiosas tr-meros celotriosas nuevos sitios de ataque para las

exoglucanasas. 1omo resultado disminue rpidamente la longitud de las cadenas. l

meFor sustrato para la medicin de su actividad es un derivado soluble de celulosa

como la carboximetilcelulosa (1A1).

$ xo$ ?$ glucanasas (4 ?$ :$ glucan celobio,idrolasas =1D) que atacan

gradualmente las molculas de celulosa por el extremo reductor liberando subunidades

de celobiosas. 3o son mu activas con la celulosa cristalina pero presentan accin

sinerg-stica altamente cooperativa en presencia de endoglucanasas. Dienen una limitada

accin sobre sustitutos de la celulosa como la carboximetilcelulosa (1A1) e

,idroximetilcelulosa (1)

$ 1elobiasas (?$ glucosidasa=?8) que ,idrolizan la celobiosa celodextrinas de baFo

peso molecular (celotriosas celotetrosas) liberando glucosas. ! diferencia de

endoglucanasas exoglucanasas las celobiasas son intracelulares debido a que las


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molculas sobre las que act6an son lo suficientemente pequeEas como para atravesar la

membrana celular.

c. Mecanismos de la biodegradaci$n de la cel!losa "or ;ongos %ilamentosos

l ataque inicial de la celulosa cristalina es realizado por endoglucanasas originando

aberturas en sus cadenas lineales. ! continuacin exoglucanasas atacan las aberturas

liberando celobiosas. La continua accin combinada de endoglucanasas exoglucanasas

convierte la celulosa en celobiosas pequeEos oligosacridos. Ustos son atacados por

celobiasas para liberar glucosas.

1uando la accin de dos o ms enzimas Funtas en solucin es maor que su accin

individual se conclue que estas enzimas act6an sinrgicamente. xisten tres tipos de

accin sinrgica involucrados en el proceso por el que la celulosa cristalina se solubiliza=

endoglucanasas $ exoglucanasas (endo$exo sinergismo) celobiasas $ endoglucanas celobiasas . exoglucanasas. l primer segundo sinergismo permiten la solubilizacin de

la celulosa ordenada por enlaces de ,idrgeno el tercer sinergismo est relacionado con la

,idrlisis de la celobiosa que a su vez in,ibe la accin exoglucanasa.

d. Cel!lasas de bacterias

5e conoce mu poco los mecanismos de accin de las celulasas bacterianas. ! diferencia de

los ,ongos las bacterias degradan fibras celulsicas por erosin enzimtica de la

superficie. Los sistemas caracter-sticos de bacterias son los celulosomas o compleFos

polipept-dicos esfricos que incluen un paquete enzimtico con actividad celulasa (1x)

un polipptido sin actividad ,idrol-tica que permite la ad,esin al sustrato (1).

.2 -emicel!losa

La ,emicelulosa es un ,eteroglicano (pol-mero de ,exosas como glucosa manosa

galactosa pentosas como xilosa arabinosa en ocasiones cidos urnicos como el

galacturnico glucornico) que contienen dos a cuatro tipos distintos de subunidades. Las

,emicelulosas son compleFas estn formadas por /' a &'' unidades de az6car que pueden

estar vinculadas en una configuracin lineal ramificada o con m6ltiples ramificaciones.

Las subunidades ms comunes son xilosa manosa. Los xilanos conforman "' + de las

maderas duras & + de las maderas blandas. Los mananos son reservas de alimento. Los

galactanos se encuentran en la madera elstica de las ramas de ciertos rboles.

La ,emicelulosa es soluble en 3a2 cidos diluidos en caliente.


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?iodegradaci$n de ;emicel!losa

La biodegradacin de ,emicelulosas es realizada por accin de ,emicelulasas

termfilas como xilanasas de )hermonospora alba(estable mes a // J 1 con actividad

,asta %' J1 durante ' minutos)G xilanasas alcalinas de Bacillus sp (p / a ll )G

mananasas galactanasas de "eromonas y Cellulosomas sp. y ? xilodasas de

"ureobasidium pullulans( estables en un rango de p &.' a #.' sobre los 0' J 1)

. ignina

La lignina es el segundo pol-mero natural en abundancia en trminos de biomasa

despus de la celulosa. s un componente estructural de las plantas les otorga rigidez

resistencia a la compresin a las dobleces a la accin de los patgenos. Las ligninas son

molculas tridimensionales amorfas altamente ramificadas. ! diferencia de lo que ocurrecon la celulosa el almidn o la ,emicelulosa la lignina no tiene repeticiones de enlaces en

intervalos regulares. !s- las ligninas se degradan a travs de reacciones aleatorias

(condensaciones) que pueden ser tanto qu-micas como enzimticas a la vez que generan

pol-meros con estructuras no definidas.

La lignina es un pol-mero compleFo formado por polimerizacin de proporciones

variables de los precursores cumaril coniferil sinapil sus derivados. La subunidad

bsica es un anillo aromtico (grupo fenil) con una cadena lateral de tres carbonos (de

modo que la subunidad bsica se llama fenil$propanoide). Las uniones pueden ser 1$1 o

enlaces 1$2$1 se dan entre dos anillos entre dos cadenas laterales de propano o entre un

anillo una cadena lateral. Danto el grupo fenil como el grupo propanoide estn

modificados en la propia lignina. Las cadenas laterales difieren entre s- dependiendo de la

especie de planta la proporcin relativa de unidades derivadas de cada uno de estos tres

bloques de construccin bsicos es distinta en las diversas plantas a la vez que var-an

seg6n la clase de teFido vegetal edad de las plantas. La lignina en madera dura ( ,aa)

es una mezcla de /'+ de bloques de coniferil /'+ de bloques de sinapil. La lignina en

madera suave (abeto) tiene %/ + de coniferil.

Las ligninas son pol-meros color caf insolubles en cidos en lcalis fuertes que

no se digieren ni absorven tampoco son atacadas por la microbiota del colon ,umano. l

grado de lignificacin afecta notablemente la digestibilidad de la fibra. La lignina se


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incrementa en la pared celular de plantas en el curso de la maduracin es resistente a la

degradacin bacteriana su contenido en fibra reduce la digestibilidad de los polisacridos

fibrosos.

?iodegradaci$n de lignina

La descomposicin de lignina es realizada principalmente por ,ongos (Budricin

blanca marrn blanda). Las especies de ,ongos blancos marrones son

fundamentalmente basidiomicetos. Las especies blandas suelen ser ascomicetos.

Los basidiomicetos de la podredumbre blanca tienen un compleFo mecanismo que

involucra enzimas que atacan directamente la lignina tales como lignina peroxidasa (LiB)

manganeso peroxidasa (AnB) lacasa (oxigenasa). Dambin sintetizan enzimas que

catalizan la produccin de perxido de ,idrgeno para audar en la accin de peroxidasas

(glucosa oxidasa glioxal oxidasa)G enzimas que participan en la ruptura de fenolesalde,idos e ,idrocarburos aromticos polic-clicosG enzimas necesarias para prevenir la

eventual acumulacin excesiva de perxido de ,idrgeno tambin enzimas

pertenecientes a los ciclos redox de las ,idrogenonas (catalasa superxido dismutasa

glutation peroxidasa)G sin embargo los estudios de oxidasas ms importante a6n de las

lacasas manganeso peroxidasas poseen maor inters al ,aberse demostrado su actividad

lignol-tica una vez purificadas.

La degradacin de lignina parece implicar dos mecanismos= o bien la molcula es

degradada en unidades ms sencillas o son degradados in situ los dobles enlaces las

cadenas laterales. La aparicin de compuestos como el cido vain-lico el coniferalde,ido

durante las etapas tempranas de la degradacin de lignina sugiere que est implicado el

primer mecanismo.La secuencia de la degradacin de lignina parece empezar con la

demetilacin para producir cidos difenlicos que poseen dos grupos ,idroxilo adacentes.

:espus los anillos por accin de una dioxigenasa se abren para originar una cadena

aliftica unida a la lignina estas cadenas alifticas se escinden del pol-mero mediante la

oxigenasa lacasa. Las cadenas laterales alifticas son degradadas por oxidasas en forma

similar. 9na caracter-stica esencial de la degradacin de lignina es que es un proceso

altamente oxidativo los cient-ficos frecuentemente se refieren a la molcula de lignina

como QexplotandoR mediante reacciones de oxidacin.


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Los ,ongos blancos son los agentes que en maor medida descomponen la lignina.

Coriolus versicolor descompone el anillo aromatico los grupos metoxilo la cadenas

laterales largas de lignina. Phanerochaete chrysosporium as- comoPleurotus ostreatus

son ,ongos blancos que tambin descomponen lignina totalmente siendo el primero de

ellos el ms conocido ms ampliamente estudiado. ntre los ,ongos marrones

Poria y &loephyllumdegradan los polisacridos asociados con la lignina eliminan los

grupos metilo (1") metoxilo (' 1").

.4 A"licaci$n de sistemas lignocel!lolticos

Los ,ongos que descomponen lignina particularmente los ,ongos de la podredumbre

blanca estn siendo cada vez ms valorados en relacin a su uso potencial en una variedad

de procesos biotecnolgicos. Las principales aplicaciones de los ,ongos lignol-ticos son=

. :eslignificacin microbiana= 5e aplica principalmente a la produccin de pulpa demadera para papel. 5e ,a conseguido un buen progreso en la reduccin del

requerimiento energtico para la obtencin mecnica de la pulpa por pre$ tratamiento de

las virutas de madera utilizando ,ongos que degradan lignina que ,an sufrido una

mutacin para eliminar su capacidad celulol-tica.

&. ?lanqueado microbiano de las pulpas= stos mtodos pueden reducir el aporte qu-mico

de energ-a as- como meForar la brillantez de la pulpa un requerimiento esencial para

obtener papel de alta calidad.

". Dratamiento microbiano de los efluentes que contienen residuos derivados de la lignina=

Los ,ongos de la podredumbre blanca pueden ser utilizados efectivamente para

degradar sulfonatos de lignina efluentes del tratamiento del blanqueado de pulpa

derivada de lignina.

4. 1onversin de lignina a productos qu-micos 6tiles= Diene una posibilidad atractiva que

ser llevada a cabo solamente cuando se obtenga un conocimiento completo de las

compleFidades de la biodegradacin de lignina.

/. ongos comestibles= Los ,ongos comestibles como los del gneroPleurotus (setas) son

organismos que utilizan selectivamente la lignina para su crecimiento. n el cultivo de

estos ,ongos se ,an implementado tecnolog-as para la produccin de basidiocarpos o

cuerpos fruct-feros como alimentos de consumo ,umano con calidad nutricional

aceptable.


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*. 1ompostaFe =s el proceso de descomposic-n aerobia de materia orgnica como los

residuos lignocelulsicos originando el compost o abono orgnico regenerador de

suelo con nutrientes oligoelementos que promueve la formacin de agregados

meFora la aireacin del terreno donde es aplicado

.( -ongos comestibles

l cultivo de ,ongos comestibles es una actividad econmica que utiliza residuos

de las actividades agropecuarias generalmente de fcil obtencin baFos precios para la

produccin de un alimento sabroso nutritivo beneficioso para la salud. !simismo la

tecnolog-a empleada para el cultivo de ,ongos comestibles no genera desec,os

contaminantes puesto que el sustrato residual constitue un forraFe enriquecido para la

alimentacin ganadera o puede ser utilizado en la produccin de plantas ornamentales.

stados 9nidos !lemania 1anad son los principales importadores del mundo losabastecedores de maor importancia son 1,ina 7rancia olanda 1orea del 5ur. La

produccin anual de ,ongos comestibles en 1,ina a supera los ' millones de toneladas

lo que significa ms de 0' + de la produccin mundial. . n contraste con los pa-ses

productores de 3orteamrica uropa !sia la produccin de ,ongos comestibles es una

actividad relativamente nueva en el mercado latinoamericano. Axico (/%* +) 1,ile

(0* +) ?rasil ('*+) acaparan casi el %0 + de la produccin total de ,ongos

comestibles. l Axico el volumen de ,ongos producidos es superior a &% ''' toneladas

por aEo correspondiendo el #" + a los c,ampiEones ("garicus* * #0 + a las setas

(Pleurotus) ''" + al s,iitaSe (entinula) obtenidos a partir de ms o menos &%' '''

toneladas de diversos subproductos agroindustriales forestales.

l desarrollo de la produccin industrial de ,ongos es especialmente importante para

!mrica Latina a que la creciente demanda de consumo por parte de la poblacin en

algunos casos no puede ser satisfec,a por la produccin domstica teniendo que acudirse a

la importacin. !simismo la produccin de ,ongos representa una alternativa para la

utilizacin de desec,os lignocelulsicos material que representa cerca del 4' + de la

biomasa producida por fotos-ntesis que no puede ser aprovec,ado en forma directa para

la alimentacin ,umana.


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a. 'alor n!tritio

! los ,ongos comestibles se les ,a considerado como un ingrediente o complemento

de diferentes platillos no tanto como un alimento de consumo frecuenteG sin embargo su

uso en la alimentacin debe ser incrementado debido a sus excelentes cualidades

organolpticas agradable sabor fina textura as- como su calidad nutritiva efectos

beneficiosos para la salud.

C!adro >. !nlisis proximal de ,ongos comestibles cultivados (1ontenido por peso seco)

Grasa a && + (principalmente cido oleico /*

+ palm-tico * + esterico &4 +)Carbo;idratos // a % +*rotenas ' a "' +'itaminas(por '' g de materia seca)=

Timamina

8ibo%laina

NiacinaFcido asc$rbico

4% mg

40 mg

'% mg44 mg

Minerales(por '' g de materia seca)=

*otasio

+$s%oro

Sodio

"0#' mg

"4/ mg

%"% mg

b. Ta#onoma

Los ,ongos comestibles conocidos como setas ,ongos de sombrero pertenecen ala divisin ?asidiomcota que corresponde a ,ongos formadores de basidios con

basidiosporas.

8eino 7ungi

=iisi$n ?asidiomcota


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. S!bdiisi$n Deliomcotina

Clase 9redinomcetes

&. S!bdiisi$n 9stilaginomcotina

Clase 9stilaginomcetes

". S!bdiisi$n menomcotina

Clase omobasidiomcetes

Orden !garicales

?oletales

1ant,arellales

8anp,ales

menoc,aetales

B,allalesBolporales

;ussulales

D,elep,orales

Clase eterobasidiomcetes

Orden Dremellales

!uriculariales

:acromcetales

La subdivisin Deliomcotina clase 9redinomcetes agrupa roas ,ongos afines que

forman cuatro basidiosporas por promicelio. l crecimiento en placas de Betri es

extremadamente dif-cil. Barasitan pteridofitas gimnospermas angiospermas a veces

necesitan dos ,ospedantes alternativos que pueden pertenecer a taxones mu diferentes.

La subdivisin 9stilaginomcotina clase 9stilaginomcetes agrupa carbones afines

que forman un n6mero indefinido de basidiosporas por promicelio. 1recen fcilmente en

medios de cultivo donde pueden comportarse como levaduras generalmente parasitan

angiospermas.

La subdivisin menomcotina comprende cerca de &'''' especies.

!proximadamente el #% + pertenecen a la clase omobasidiomcetes u ,ongos

verdaderos. Dodos ellos forman basidiocarpos con sombreros pequeEos. 1asi todas las


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especies son terrestres en un amplio rango de medios donde bsicamente son

descomponedores de la maderaG sin embargo algunas especies son patognicas o

parasitarias a6n otras son simbiticas incluendo la importante simbiosis ectomicorriza

de rboles forestales.

La clase eterobasidiomcetes agrupa ,ongos denominados gelatinosos debido a su

foliosidad e irregularmente listados cuerpos de fructificacin. Auc,os son gomosos ms

que gelatinosos. 1uando estn secos son duros expuestos al agua retoman su forma

original.

c. Ciclo de ida

l ciclo de vida de los basidiomicetos es un sucesin de etapas desde la germinacin

de basidiosporas para formar un micelio (fase vegetativa) ,asta la formacin de cuerposfructificantes o basidocarpos (fase generativa) n la fase vegetativa las esporas sexuales o

basidiosporas ,aploides germinan originan ,ifas monocariticas (un n6cleo por clula).

sta fase es corta a que pronto dos filamentos se fusionan (somatogamia) forman un

micelio secundario dicaritico que crece mediante f-bulas. n algunos casos de ,ongos

micorrizgenos este micelio puede ocupar varias ,ectreas pesar muc,as toneladas tener

una edad de varios milenios.

l micelio secundario puede reproducirse asexualmente siendo la fragmentacin del

micelio la forma de dispersin ms frecuenteGsin embargo lo ms t-pico es la

reproduccin sexual. l micelio secundario tambin puede agruparse en teFidos

especializados plectenquimticos a6n dicariticos denominndese entonces micelio

terciario. n la fase generativa cuando las condiciones de ,umedad son favorables el

micelio secundario origina cuerpos fruct-feros basidiocarpos o basiodomas algunos de los

cuales son grandes comestibles.

Los basidiocarpos carpforos ,imenforos o esporforos tienen una capa frtil

denominada ,imenio generadora de basidios basidiosporas. Los basidios se disponen

sobre o dentro del basidiocarpo. ntre ellos existen estructuras estriles denominadas

basidiolos o cistidios mu 6tiles como carcter taxonmico. !lgunas de las clulas que


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forman el ,imenio fusionan los dos n6cleos que contienen sufren una meiosis que origina

cuatro n6cleos cada uno de ellos migra a un filamento formado en el extremo de la

basidia se rodea de una membrana constituendo la basidiospora 1ada basidio origina

basidiosporas (dos cuatro oc,o o ms) maoritariamente cuatro externas que pueden

germinar directamente (originan micelio primario) o indirectamente (geman u originan

esporas secundarias).

d. C!ltio de ;ongos comestibles

l cultivo de ,ongos comestibles requiere un sustrato una semilla de buena calidad

condiciones ambientales que permitan el desarrollo del ,ongo. l sustrato puede ser

compostado o no compostado. ongos como los c,ampiEones requieren compost o materia

orgnica previamente degradada en un proceso biolgico aerobio. ongos como las

g-rgolas (Pleurotus) el s,iitaSe (entinus) no requieren sustratos compostados. :egradan se alimentan de celulosa lignina presente en desec,os vegetales pudiendo realizarse su

cultivo en troncos o en sustratos artificiales como el aserr-n. l cultivo en troncos tiene la

ventaFa de tener un baFo costo de implementacin pero la produccin es principalmente

estacional generalmente en otoEo en primavera cuando se dan las condiciones naturales

de temperatura ,umedad para que el ,ongo fructifique. l cultivo en sustratos artificiales

(paFa de trigo aserr-n virutas de madera blandas no resinosas) permite una produccin

continua pero con un maor costo de inversin inicial.

La semilla para el cultivo de ,ongos comestibles consiste en granos de trigo u otro cereal

previamente esterilizado cua superficie ,a sido colonizada por las ,ifas del ,ongo

seleccionado. sta semilla es inoculada en una proporcin de / a / + en el sustrato

,6medo se le da las condiciones de temperatura ,umedad relativa ventilacin

iluminacin tiempo adecuados para la produccin del basidiocarpo comestible que ser

comercializado (1uadro ').

C!adro 1D. 1ondiciones ambientales requeridas para las diferentes etapas del cultivo

de ,ongos comestibles


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Inc!baci$n Cobert!ra +r!cti%icaci$n. "garicus bisporus

umedad relativa (+)Demperatura de sustrato (V1):uracin

>entilacinentilacin


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,ongo madura rompe el QcascarnR por el extremo superior llevndose algunos restos de

dic,a envoltura en su sombrero.

Pleurotus ostreatus tiene una forma peculiar semeFante a una ostra. 5u sombrero

puede alcanzar entre /'$/' mm de dimetro en eFemplares adultos.

l color es variable= gris blanquecino a gris azulado las laminillas las partes comestible

son blancas. 5e le puede encontrar en la naturaleza creciendo sobre troncos o rboles en

pie durante el otoEo o primavera. :ebido a su agradable sabor rpida multiplicacin se le

cultiva en casi todo el mundo.

entinus edodes presenta un sombrero de / a & cm en ocasiones un pequeEo

umbrn central de color castaEo claro u oscuro con tonos roFizos levemente convexo a

plano convexo en la madurez. La superficie del sombrero se encuentra cubierta por escamas

blanquecinas especialmente en el margen. Las laminillas son blanquecinas apretadas debordes aserrados. l pie es central corto usualmente cubierto por escamas fibrillosas

presenta un anillo ef-mero blanquecino a castaEo claro. La parte comestible es firme

sabrosa puede secarse re,idratarse fcilmente. 5e le encuentra en la naturaleza sobre

troncos de madera muerta fructificando principalmente en otoEo o en primavera. ste

,ongo se cultiva se consume vidamente en Papn no slo por su agradable sabor sino

por su accin antitumoral ,ipocolesterolmica e inductora de la s-ntesis de interfern.

.) Com"osta9e

l compostaFe es el proceso de descomposicin biolgica aerobia de la materia

orgnica contenida en los residuos slidos que origina un producto denominado compost.

Dambin es definido como un proceso de estabilizacin u oxidacin biolgica de los

residuos orgnicos baFo condiciones aerobias controladas de ,umedad temperatura

aireacin donde los microorganismos utilizan el carbono el nitrgeno disponibles

liberando energ-a por actividad metablica produciendo agua dixido de carbono sales

minerales. l compost es un abono orgnico aunque propiamente no es un fertilizante si

es un regenerador de suelo con nutrientes oligoelementos que promueve la formacin de

agregados meFora la aireacin del terreno en donde es aplicado.

a. Eta"as 0 microbiologa en el "roceso de com"osta9e


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l n6cleo de las pilas en compostaFe act6a como zona inductora sobre la corteza. 3o

obstante todos los procesos que se dan en el n6cleo no alcanzan la totalidad del volumen

de la corteza. n la prctica utilizando como criterio las temperaturas alcanzadas en el

n6cleo se diferencian las siguientes etapas=

Eta"a de latencia

s la etapa inicial considerada desde la conformacin de la pila ,asta que se

constatan incrementos de temperatura. sta etapa es notoria cuando el material ingresa

fresco. 1uando el material a tiene un tiempo de acopio esta etapa puede pasar inadvertida.

5u duracin es mu variada dependiendo de numerosos factores. 5i el balance 1=3 p

concentracin parcial de ox-geno son los adecuados la temperatura ambiente

fundamentalmente la biomasa microbiana son dos factores que definen la duracin de esta

etapa. 1on temperatura ambiente entre ' V1 & VW1 en pilas adecuadamenteconformadas esta etapa dura entre &4 a 0& ,oras.

Eta"a mesotrmica 1 o mes$%ila I

n esta etapa los microorganismos quimio,etertrofos mesfilos (,ongos

bacterias) son responsables de la degradacin de az6cares otros compuestos simples en un

rango de temperatura de ' a 4' J1 (Carbo;idratos mon$meros /cidos grasos de

cadena cortaH *rotenas amino/cidos3. La actividad metablica incrementa

paulatinamente la temperatura favorece el desarrollo de microbiota termfila que se

encuentra en estado latente en los residuos. La duracin de esta etapa es variable depende

del tipo composicin del material en compostaFe.

Eta"a termognica o term$%ila

La microbiota mesfila es sustituida por la termfila en una fase que puede durar

varias semanas o meses dependiendo del contenido de celulosa ,emicelulosa. La

temperatura se eleva entre 4' V1 a *' J1 con un mximo de */ J1 predomina la actividad

de actinomicetos bacilos esporulados Amino/cidos amoniacoG =egradaci$n "arcial

de ceras< l"idos< cel!losas 0 ;emicel!losasH /cidos grasos di$#ido de carbono )

3ormalmente en esta etapa se eliminan mesfilos patgenos ,ongos esporas semillas

elementos biolgicos indeseables. 5i la compactacin ventilacin son adecuados se

producen visibles emanaciones de vapor de agua. l dixido de carbono se produce en

vol6menes importantes que difunden desde el n6cleo a la corteza. ste gas Fuega un papel


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fundamental en el control de larvas de insectos. La corteza de las pilas especialmente

donde estn los materiales ricos en prote-nas es la zona donde los insectos depositan sus

,uevos. La concentracin de dixido de carbono alcanzada durante el compostaFe resulta

letal para las larvas.

La aireacin el riego o la mezcla del material de la pila de compostaFe evitan un

recalentamiento excesivoG sin embargo el compostaFe se debe realizar en condiciones

termfilas durante el maor tiempo posible no slo para acelerar el proceso de elaboracin

(por cada ' J1 de aumento en la temperatura la actividad microbiana se duplica o triplica)

sino tambin para destruir a los patgenos presentes en el material compostado (" d-as a

// J1 son suficientes para inactivar la maor-a de patgenos se puede llegar ,asta 0' J1

donde slo sobreviven las bacterias esporulantes). !l respecto 5tenford (##*) conclu

que se debe alcanzar una temperatura de // J1 por lo menos durante / d-as para lograr lainactivacin de los patgenos sugiriendo que las temperaturas maores de // J1 optimizan

la sanidad entre 4/ a // J1 maximizan la degradacin entre "/ a 4' J1 favorecen la

diversidad microbiana. ! su vez ;odriguez 1rdova (&''*) manifestaron que se debe

alcanzar una temperatura maor de // J1 durante " d-as consecutivos de compostaFe en

pilas estticas con aireacin forzada una temperatura maor de // J1 por " d-as o maor

de 4/ J1 durante & d-as en el compostaFe con volteos peridicos.

Eta"a mesotrmica 2

1on el agotamiento de los nutrientes la desaparicin de microorganismos

termfilos comienza el descenso de la temperatura baFo 4' V1 en la fase de enfriamiento

donde la velocidad de degradacin disminue inicindose un lento ataque de los pol-meros

compleFos restantes como lignina suberina reapareciendo bacterias ,ongos mesfilos

Nitri%icaci$n, amoniaco nitrato). 7inalmente sigue la etapa de maduracin

almacenaFe donde la temperatura alcanza valores mu cercanos a los del ambiente

durante la cual se producen reacciones secundarias de condensacin polimerizacin. n

estos momentos se dice que el material se presenta estable biolgicamente se da por

culminado el proceso. sta condicin se determina a travs de diversos parmetros algunos

en campo (temperatura color olor) otros en laboratorio (anlisis qu-mico).

Aicrobiolgicamente la finalizacin del proceso de compostaFe se tipifica por la

ausencia de actividad metablica. Las poblaciones microbianas se presentan en fase de


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muerte por agotamiento de nutrientes. 1on frecuencia la muerte celular no va acompaEada

de lisis. La biomasa puede permanecer constante por cierto per-odo a6n cuando la gran

maor-a de la poblacin no sea viable. Las etapas mencionadas no se cumplen en la

totalidad de la masa en compostaFe. s necesario remover las pilas del material en proceso

tal que el material que se presenta en la corteza pase a formar parte del n6cleo viceversa.

stas remociones reconformaciones de las pilas se realizan en momentos puntuales del

proceso permiten adems airear el material lo que provoca que la secuencia de las etapas

descritas se presentes por lo general ms de una vez.

b. *ar/metros de o"eraci$nTi"o de s!strato

l contenido de materia orgnica oscila entre &/$0' +. Bara compostaFe se

pueden utilizar tanto residuos slidos vegetales como animales. ntre los vegetales estn

los restos de poda paFa malezas restos de frutas ,ortalizas cscaras aserr-n grama

ceniza. 1omo residuos animales se consideran el estircol guano de corral plumas pelos

v-sceras. Los residuos vegetales contaminados con plagas o enfermedades deben ser

quemados no utilizados para compostaFe.

3umerosos materiales pierden rpidamente su estructura f-sica cuando son

compostados (eFemplo excretas) otros no obstante son mu resistentes a los cambios. Dal

es el caso de materiales leEosos fibras vegetales en donde la superficie de contacto entre

microorganismos residuos es m-nima recomendndose la mezcla con residuos de menor

dimetro como los de las podas. n caso contrario se debe recurrir al procesamiento para

lograr un tamaEo adecuado un proceso rpido. La alternativa para los materiales leEosos

de gran tamaEo es la utilizacin de trituradoras. Bara un dimetro medio de part-cula menor

resulta un incremento significativo de la biodisponibilidad una disminucin del tiempo de

compostaFe cuando se compara con part-culas maores por lo que el tamaEo aconseFable es

de & a / cm (a medida que el tamaEo de part-cula disminue la superficie el grado dedescomposicin se incrementan). Las part-culas mu pequeEas interfieren con la aireacin

mientras que las ms grandes no resultan reactivas.

8elaci$n carbono@nitr$geno C,N3

La relacin carbono$nitrgeno expresa la cantidad de carbono por unidades de

nitrgeno que contiene una materia. 9na relacin 1=3 de &' a "' con un promedio de &/


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unidades de carbono por una unidad de nitrgeno es decir 1(&/) = 3() H &/ es considerada

como adecuada para iniciar el proceso de compostaFe. 9n material que tenga una

relacin 1=3 superior a "' requerir un maor n6mero de generaciones de

microorganismos para su biodegradacin maor ser el tiempo necesario para alcanzar

una relacin 1=3 final entre & a / (considerada como apropiada para uso agronmico). 5i

la relacin 1=3 es inferior a &' se producirn prdidas de nitrgeno a travs de lixiviacin

volatilizacin a medida que el nitrgeno se mineralize.

Los residuos de origen vegetal por lo general presentan una relacin 1=3 elevada

los de origen animal una relacin 1=3 baFa (aserr-n H 4''G podas tallos ma-z H /'G paFa

de caEa H %'G ,oFas de rboles H 4'G estircol de equinoH "'G estircol de ovino H &'G ,eno

H &'G estircol bovino H/G estircol de cerdo H & G estircol de gallinaH ' G ,arina de

sangre H &).1uando el material disponible no presente una relacin 1=3 apropiada para sucompostaFe se debe mezclar con otros materiales ( balance de nutrientes) eFemplo= dos

partes de excreta bovina ( 0+ de 1 '4 + de 3) con dos de aserr-n (4' + de 1 ' + de

3) para obtener una relacin aproximada de &'.

-!medad

5i la ,umedad inicial de los residuos crudos es superior a /' + se debe buscar la

forma de que disminua antes de iniciar el proceso de compostaFe. l material se puede

extender en capas delgadas o mezclar con materiales secos procurando mantener la

relacin 1=3 requerida. La ,umedad idnea para una biodegradacin aerobia se sit6a entre

/ a "/ + con un rango de 4' a *' +. 9na ,umedad superior producir anaerobiosis

favorece la desnitrificacin al igual que una ,umedad inferior a ' + disminuir

notablemente la actividad biolgica. Bara conocer si el estado de ,umedad es ptimo al

presionar con la mano o el pie la superficie de la cama compostera no debe escurrir agua.

"-

>alores de p cercanos al neutro (*/ a %') aseguran el desarrollo de la gran

maor-a de microorganismos responsables del compostaFe. 8eneralmente al inicio del

proceso el p es 4/$/G en pleno proceso es de %' $ #' finalmente al madurar el

producto es de 0'. n la etapa mesfila < el p se acidifica por la formacin de cidos

grasos a partir de los carbo,idratos. n la etapa termfila el p se alcaliza por la

amonificacin en la etapa mesfila


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Aireaci$n

Los ,ongos actinomicetos son aerobios obligados en su maor-a de manera que

cuanto menor sea la concentracin de ox-geno disponible ms lentamente se metabolizan

los residuos. 1uando la concentracin de ox-geno alrededor de las part-culas desciende a

valores inferiores a &' + aparecen olores nauseabundos producto de metabolismos

fermentativos. !nte esta situacin se suspende inmediatamente el riego se remueve el

material con la consiguiente reconformacin de los camellones.

Tem"erat!ra

l compostaFe se realiza en dos rangos de temperatura mesof-lico de ' a 4' J1

termof-lico entre 4' a */ J1. 1uando se agota el material de fcil degradacin el

metabolismo se ralentiza la temperatura desciende. 5i se revuelve el material latemperatura se incrementa nuevamente debido a que residuos que a6n no ,an sido

descompuestos se metabolizan. 1uando la prctica de revolver el compost a no eleva la

temperatura el compost est listo para la estabilizacin que se puede dar en &' d-as a ms

tiempo.

c. =escri"ci$n del "roceso de com"osta9e

*recom"osta9e

5e denomina precompostaFe a todos los procedimientos que se realizan antes de la

conformacin de los camellones o parvas tienen como obFetivo acondicionar la masa de

residuos para optimizar el proceso. !lgunos de estos procedimientos se ,an mencionado

descrito anteriormente.

@ ?alance de n!trientes

@ Trit!rado

@ Molienda

@ ?ioa!mentaci$n

!lgunos residuos como los de origen agroindustrial (sometidos en el proceso a elevadas

temperaturas) contienen poca carga biolgica o masa microbiana. n estos casos es

conveniente aplicar tcnicas de bioaumentacin. Las ms sencillas de estas tcnicas


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consisten bsicamente en inocular artificialmente los desec,os con una carga de

microorganismos. ! continuacin algunos sistemas ampliamente aprobados=

@ Inoc!laci$n con s!elo %rtil

l procedimiento consiste en extender en el rea de trabaFo los residuos en capas con

una altura no maor a &' cm posteriormente distribuir suelo frtil sobre ellos a razn de

'/ Xg I m& de suelo. Luego de mezclar se procede a la conformacin de los camellones.

sta tcnica es recomendada para materiales con exceso de ,umedad.

@ Inoc!laci$n "or tras"lante

!l igual que la inoculacin con suelo frtil se extienden los residuos. ! continuacin

del n6cleo de una parva en etapa mesotrmica de compostaFe se extrae una cantidad de

material suficiente como para aplicar sobre los residuos extendidos ('' gIIm &). Luego se

mezcla se procede a conformar el camelln. sta tcnica es recomendada para materialescon exceso de ,umedad.

@ Inoc!laci$n con caldo de c!ltio

ste procedimiento consiste en preparar un caldo de cultivo. Bara ello se toma un

tanque de aproximadamente &'' L en el que se depositan / Xg de excreta de aves de corral

(frescas) &' Xg de estircol bovino (fresco) / Xg de suelo frtil o bien / Xg de material

proveniente del n6cleo de una parva en etapa mesotrmica . ! continuacin se llena el

tanque con agua ,asta &'' L se agita. l recipiente debe ser instalado en un lugar donde

est suFeto a m-nimas variaciones trmicas.

:espus de 4% ,oras el inculo puede ser aplicado. 1ada vez que se retira un volumen

de inoculo debe ser repuesto por un volumen igual de agua ms '&/ Xg de suelo frtil o

bien / Xg de material proveniente del n6cleo de una parva mesotrmica . l contenido del

recipiente debe ser agitado ,omogeneizado por lo menos una vez al d-a tratando de

remover el material sedimentado en el fondo. 5eg6n las condiciones climticas un

preparado puede rendir *'' a 0'' litros de inculo. n el rea de trabaFo se extienden los

residuos a ser compostados se riegan abundantemente con el preparado. Luego se

conforman los camellones. ste tipo de tcnica es recomendada para residuos deficitarios

en ,umedad.

d. Sistemas de com"osta9e


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xisten varios sistemas de compostaFe cuo obFetivo com6n adems de

transformar los residuos en compost es conseguir las condiciones letales para patgenos

parsitos elementos germinativos (semillas esporas).

d.1 Sistemas abiertos

Barvas o camellones pilas o montones son las denominaciones para la masade residuos en compostaFe cuando presenta una morfolog-a dimensiones determinadas.

5eg6n el mtodo de aireacin utilizado estos sistema pueden ser en camellones pilas

mviles (aireacin ,omogeneizacin se realiza por remocin reconformacin) sistema

de camellones o pilas estticas (aireacin se realiza en instalaciones fiFas en reas o canc,as

de compostaFe que permiten realizar una aireacin forzada sin necesidad de movilizar los

camellones o pilas).d.& Sistema cerrados o en reactores

Los residuos orgnicos son procesados en reactores que permiten controlarparmetros como ,umedad aireacin. Dambin pueden posibilitar la mezcla continua de

los desec,os mediante dispositivos mecnicos con los que se logra un proceso ,omogneo

en toda la masa en compostaFe. n los reactores se llevan a cabo las etapas biolgicamente

activas despus el material es retirado acopiado para que se cumpla la maduracin.e. *ar/metros de control

9na de las reglas fundamentales en el compostaFe es Qmantener la

independencia f-sica de la unidad de compostaFeR (91). 3unca se debe adicionar material

fresco a una parva que a ,a sido conformada. 5lo cuando se tiene el material equivalente

a la unidad de compostaFe se debe conformar el camelln.

s mu importante llevar registros de los datosms relevantes de cada unidad

de compostaFe (fec,a de conformacin relacin 1I3 de entrada temperatura del material

antes de su ingreso al sistema temperatura ambiente todo dato que se considere de valor

para sistematizar el proceso). Los registros pluvimetricos son de gran importancia.

:eben ser delimitadas con marcas isibles todas las dimensiones necesarias

en la Qcanc,aR que puedan servir de referencia para la movilizacin reconformacin delos camellones. n la prctica el material se explaar perdiendo las dimensiones iniciales.

sto es normal cuando se reconformen los camellones se deber conservar es lo posible

las dimensiones de los diseEos originales.

La aireaci$n 0 ;omogeni6aci$n de la masa en compostaFe favorece el

metabolismo aerobio permite que el proceso se realice en forma ,omognea. sta


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operacin se puede eFecutar manualmente mecnicamente procurando que el material del

n6cleo pase a formar parte de la corteza viceversa. 3o existen frecuencias de aireacin

riego establecidas que resulten aplicables para todos los casos posibles. Las aireaciones

excesivas son tan perFudiciales como los riegos en exceso. 9no de los parmetros que

resultar de fcil determinacin es la temperatura es a partir de la misma que se puede

en parte eFercer control sobre el proceso.

La tem"erat!ra debe ser tomada en el n6cleo del camelln. xisten

termmetros diseEados para este fin. 5i no se cuenta con un termmetro de este tipo pueden

utilizarse termmetros para uso textil o bien termmetros para parafina utilizados en

laboratorios de ,istolog-a. 1onsiderando la longitud del camelln (&4 m) se recomienda

tomar la temperatura en dos puntos equidistantes tomar el valor promedio aritmtico

entre los dos puntos.Bara el control del contenido de ;!medad se puede aplicar el proceso

emp-rico que consiste en tomar con la mano una muestra de material cerrar la mano

apretar fuertemente. 5i se observa que sale un ,ilo continuo de agua el material contiene

ms de 4' + de ,umedad. 5i el material gotea intermitentemente el contenido de

,umedad es cercano a 4' + si no gotea cuando se abre el puEo permanece moldeado la

,umedad est entre &' a "' + si se abre el puEo el material se disgrega contiene una

,umedad inferior a &' +.

5e recomienda realizar las aireaciones cuando comienza a decrecer la

temperatura despus de ,aber alcanzado el valor mximo en la etapa termognica.


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9n compost apto para aplicacin agronmica sea en forma manual o

mecnica deber presentar una granulometr-a adecuada ,omognea adems de estar libre

de elementos orgnicos e inorgnicos que dificulten su aplicacin. xisten muc,as

alternativas para el re%inado del compost G la separacin granulomtrica por cribado es sin

duda la menos costosa de instrumentar la que ,a dado meFores resultados. Las cribas o

zarandas pueden ser vibratorias o de rotacin. Bara utilizacin agr-cola el tamaEo de malla

de la criba deber ser de cm x cm. !simismo para que este proceso de realize sin

inconvenientes es fundamental que el compost presente un contenido de ,umedad inferior

a &' +. Los procesos de refinado por razones obvias se realizan baFo tec,o.

n el proceso de refinado se produce un rec,azo que dependiendo de la materia

prima utilizada la granulometria que se desea obtener se puede presentar en el orden de

/+ a &' +. Bara residuos de origen agr-cola agroindustrial se debe estimar un rec,azode * +. Bara compost producido a partir de fraccin orgnica de residuos slidos urbanos

el rec,azo es cercano a &' +. 5i el rec,azo es exclusivamente de desec,os orgnicos

ingresar nuevamente al sistema de compostaFe.

%. =escri"ci$n de alg!nos mtodos de com"osta9e

%.1 Mtodo de IN=O8E

s un mtodo perfeccionado en


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%. Mtodo de OG=ENs un mtodo desarrollado en stados 9nidos es recomendado para zonas

fr-as o con estaciones bien marcadas. 1onsiste en trazar sobre el terreno plano un cuadrado

de /' m de anc,o x "/' m de largo utilizando estacas en los vrtices. l per-metro se

asegura con tallos que salen del mismo rea despeFada en el centro se colocan diversascapas de desec,os vegetales desperdicios de cocina estircol. La altura mxima deber

ser de /' m. 1omo tec,o del mont-culo se colocan rastroFos con las ra-ces ,acia arriba

se riega en forma natural con agua de lluvia. La produccin de compost se consigue de

aEo para otro (primavera a primavera).ste mtodo no demanda volteo ni riego o aplicacin de activadores por lo que

tambin se denomina mtodo del ,ombre perezoso. 1ada aEo se producen un promedio de

&/ metros c6bicos de compost por ruma. 5e recomienda ,acer varias pilas en forma

escalonada para as- tener un abastecimiento permanente.g. Caractersticas de !n com"ost mad!ro

!l final del proceso de compostaFe se debe formar una masa ,omognea de

tierra negra sin olor en la que no se distingan los componentes. La relacin 1=3 del

producto debe ser de & a/ deber presentar un p de / a % /' a *' + de ,umedad

olor a tierra una granulometr-a menor a ' mm ms de '* + de nitrgeno ms de '/ +

de B&2/ ms de '" + de X&2 ms de "' + de materia orgnica deber estar libre de

agentes patgenos semillas de malezas.

8e%erencias bibliogr/%icas !lb6Far >. !. 5ecln. (&''") +fecto de la composta de lodos residuales

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ambaye(ue. Pulio a diciembre de &'. Desis de Licenciatura. Lambaeque.

9niversidad 3acional Bedro ;uiz 8allo.


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1arreEo 1. 1. >illanueva. (&''') Produccin de semilla del hongo

"garicus blaei Murrill. 3nforme Convenio Centro de 3nvestigaciones $ociales y

)ecnolgicos C34$+3)- 5niversidad 4acional Pedro 6ui &allo. Lambaeque. 1onseFo 3acional del ambiente (123!A) (&''*) &u'a t7cnica para la

formulacin e implantacin de Planes de Minimiacin y 6eaprovechamiento de

6esiduos $lidos en el nivel municipal Lima 5olvima 8raf 5.!.1. 1one A. (&''') Microbiolog'a del suelo. 5n enfo(ue exploratorio. spaEa

ditorial Baraninfo. ;enter-a X. O 5anta 1ruz . (&'&). Produccin y caracteriacin de compost de

residuos slidos municipales biodegradables del distrito de ciudad +ten en

ambaye(ue. Febrero a 0ulio de 1288. Desis de Licenciatura. Lambaeque

9niversidad 3acional Bedro ;uiz 8allo.

5amam :. (&''#)Produccin y caracteriacin de compost de torta de cachaa ycenia de caldera de la +mpresa "ucarera del 4orte, $.".C., Ferre9afe. Febrero-

agosto, 122:.Desis de Licenciatura. Lambaeque 9niversidad 3acional Bedro ;uiz

8allo. 5andoval !. (&'').Produccin y caracteriacin de compost multienim;tico de

cachaa, bagacillo y esti7rcol en la empresa "gro Pucal; $.".". ambaye(ue. ulio

a noviembre, 122

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6 Teoría 6 Metanogenesis- Compostaje Teoría 2013-1