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Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos de
cigarrillo
Jeimmy Roxana Peña González
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias, Departamento de Química
Bogotá, Colombia
2017
Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos de
cigarrillo
Jeimmy Roxana Peña González
Tesis presentada como requisito parcial para optar al título de:
Magister en Ciencias-Química
Directora:
Doctora Carolina Chegwin Angarita
Línea de Investigación:
Productos Naturales
Grupo de Investigación:
Química de Hongos Macromicetos de Colombia
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias, Departamento de Química
Bogotá, Colombia
2017
[…] No te rindas que la vida es eso,
continuar el viaje,
perseguir tus sueños,
destrabar el tiempo,
correr los escombros,
y destapar el cielo.
Vivir la vida y aceptar el reto,
recuperar la risa, ensayar el canto,
bajar la guardia y extender las manos,
desplegar las alas e intentar de nuevo,
celebrar la vida y retomar los cielos […]
Mario Benedetti
Agradecimientos
A mi madre Ana Lucía González por la confianza que deposita en mí y en cada uno de los
proyectos que comienzo, por su apoyo, paciencia, colaboración y entusiasmo ya que gracias a
esto puedo culminarlos. A toda mi familia que en su silencio o distancia se sienten orgullosos de
cada paso que doy.
A la vida por permitirme conocer personas maravillosas durante todo este proceso, A Leonardo
Bravo, Daniel Maldonado, Diego Rubiano, Carolina Vega y Manuel Gastelbondo de quienes
aprendí que la alegría, la exigencia, el esfuerzo, la dedicación y disciplina son una combinación
necesaria para formarnos como seres humanos, científicos y sociales. Gracias compañeros
porque siempre estuvieron para brindarme su apoyo en el laboratorio, en la parte académica y en
lo personal.
A mi directora y profesora Carolina Chegwin Angarita quien respaldó la idea de este proyecto
desde el inicio, por su paciencia, dedicación y sabiduría, por el tiempo que se tomó para asesorar
cada una de las etapas de este trabajo y por despertar en mí el amor a los Hongos. Un gran ser
humano a quien le guardo mi más sincera gratitud y admiración. Al profesor Pedro Filipe de Brito
Brandão del laboratorio de Microbiología Ambiental del departamento de química, (mi co-director)
a quien le agradezco por asesorar mi trabajo en cada una de las etapas, por su tiempo, por poner
a mi disposición su laboratorio y por forjar con sus palabras mi espíritu investigativo. Y a quien
admiro además por su amor a los animales. A la profesora Yih Wen Fung del departamento de
Biología, por asesorar la parte experimental de mi trabajo con su inmenso conocimiento sobre los
Hongos, por haber donado la cepa de P. ostreatus a quien vimos crecer exitosamente sobre
nuestras colillas. Finalmente a la profesora Ivonne Jeanette Nieto, directora del grupo de
investigación de Química de Hongos Macromicetos del departamento de Química, por compartir
su amplio conocimiento en la química de hongos, por abrirme las puertas de su laboratorio y
permitirme desarrollar el trabajo que aquí presento. Mil gracias a todos.
Resumen y Abstract IX
Resumen
Para el tratamiento de la mayoría de residuos y sustancias contaminantes, se han
empleado métodos convencionales como la incineración y la extracción con solventes,
que además de ser costosos, generan problemas ambientales. Como una alternativa
para la degradación, transformación o mineralización de este tipo de sustancias, en los
últimos años se ha incentivado el estudio de procesos que impliquen el uso de
organismos vivos. Con el objetivo de documentar el estado actual del tema, se realizó
una amplia revisión bibliográfica de los procesos de biorremediación aplicados en
términos generales a residuos sólidos, para posteriormente enfocarse en las colillas de
cigarrillo (CC) y en su tratamiento empleando micorremediación. Como resultados se
encontró que la biorremediación ha sido exitosamente aplicada a suelos contaminados,
pero los trabajos enfocados a su uso en el tratamiento de las colillas son escasos y
menos aun particularmente empleando la micorremediación. Los hongos ligninolíticos se
caracterizan por tener un poderoso pool enzimático, que facilita la degradación de una
amplia variedad de sustancias, por lo que la micorremediación representa una alternativa
para el tratamiento de las CC. Aunado a esto, se determinó, a través de un ensayo
preliminar in vitro a escala de laboratorio, que las colillas de cigarrillo se pueden utilizar
como sustrato para el crecimiento de una cepa comercial de Pleurotus ostreatus, siendo
necesario el empleo de carboximetilcelulosa en la fase de activación, el cual facilita la
adaptación del hongo a las colillas, favorece las condiciones de crecimiento y por ende
la eficiencia de biodegradación del residuo contaminante. Los resultados de la presente
revisión, así como los ensayos preliminares de laboratorio, representan un avance
importante para el estudio de la potencial utilización de basidiomicetos como organismos
biorremediadores de las colillas, siendo este, el primer reporte sobre este tema en
nuestro país.
Palabras clave: Biorremediación, Micorremediación, Hongos macromicetos,
Colillas de cigarrillo, Fermentación en estado superficial.
X Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos de cigarrillo
Abstract
Conventional methods such as incineration and solvent extraction have been used to
treat most waste and pollutants, which, in addition to being costly, generate
environmental problems. As an alternative for the degradation, transformation or
mineralization of this type of substances, in recent years the study of processes involving
the use of living organisms has been encouraged. With the objective of documenting the
current state of the subject, a broad bibliographic review of the bioremediation processes
applied in general terms to solid wastes was carried out, to later focus on cigarette butts
(CB) and their treatment using mycorremediation. As results it was found that
bioremediation has been successfully applied to contaminated soils, but the works
focused on their use in the treatment of butts are scarce and even less particularly using
micorremediation. Ligninolytic fungi are characterized by a powerful enzymatic pool,
which facilitates the degradation of a wide variety of substances, so that micorremediation
represents an alternative for the treatment of CB. In addition to this, it was determined,
through an in vitro laboratory-scale preliminary test, that cigarette butts can be used as a
substrate for the growth of a commercial strain of Pleurotus ostreatus, requiring the use of
carboxymethylcellulose medium in activation phase, which let fungal adaptation on the
butts, allowing the conditions of growth and therefore the biodegradation efficiency of the
pollutant residue. The results of this review, as well as the preliminary laboratory tests,
represent an important advance for the study of the potential use of Basidiomycetes as
bioremediation organisms of the CB, being this the first report on this subject in our
country.
Keywords: Bioremediation, Micorremediation, Fungi, Cigarette butts, Surface state
fermentation.
Contenido XI
Contenido
Pág.
Contenido
1. Biorremediación ........................................................................................................... 5 1.1 Definición ................................................................................................................ 5 1.2 Biorremediación vs técnicas convencionales ........................................................ 7 1.3 Estrategias de biorremediación ........................................................................... 10
1.3.1 Atenuación natural ............................................................................................. 10 1.3.2 Bioestimulación.................................................................................................. 13 1.3.3 Bioaumentación ................................................................................................. 13
1.4 Mecanismos que se llevan a cabo durante la biorremediación .......................... 16 1.4.1 Mineralización .................................................................................................... 16 1.4.2 Biotransformación .............................................................................................. 17 1.4.3 Bioacumulación ................................................................................................. 18
1.5 Factores que determinan la eficacia de la biorremediación ................................ 19
2. El Reino Fungi............................................................................................................. 23 2.1 Generalidades del reino ....................................................................................... 23 2.2 Aplicaciones ambientales de productos obtenidos con especímenes del reino Fungi 26
2.2.1 Micofiltración ...................................................................................................... 26 2.2.2 Micopesticidas ................................................................................................... 27 2.2.3 Micorreforestación ............................................................................................. 28 2.2.4 Micorremediación .............................................................................................. 29 2.2.5 Complejo enzimático de los hongos ................................................................. 31 2.2.6 Ventajas y limitaciones del empleo de la micorremediación ............................ 36 2.2.7 Estudios de caso ............................................................................................... 37
3. Cigarrillo ...................................................................................................................... 42 3.1 Generalidades ...................................................................................................... 42 3.2 Sustancias químicas que contiene el cigarrillo .................................................... 44 3.3 Residuos sólidos generados por el consumo del cigarrillo ................................. 46 3.4 Las colillas de cigarrillo ........................................................................................ 48
3.4.1 Subproductos de interés comercial con el uso de colillas de cigarrillo ............ 54 3.4.2 Tratamientos químicos ...................................................................................... 55 3.4.3 Tratamientos Biológicos .................................................................................... 57
4. Parte Experimental ..................................................................................................... 63 4.1 Metodología .......................................................................................................... 63
4.1.1 Material fúngico ................................................................................................. 63 4.1.2 Medios de cultivo ............................................................................................... 63
XII Título de la tesis o trabajo de investigación
4.1.3 Recolección y pre tratamiento de las colillas de cigarrillo ................................ 63 4.1.4 Inoculación e incubación ................................................................................... 64
4.2 Resultados y Discusión ........................................................................................ 65
5. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................... 71 5.1 Conclusiones ........................................................................................................ 71 5.2 Recomendaciones ............................................................................................... 72
Contenido XIII
Lista de figuras
Pág.
Figura 1-1: Costos de las tecnologías de remediación de suelos contaminados con
Hidrocarburos derivados del petróleo. ................................................................................. 8
Figura 1-2: Esquema de reacciones para cada modelo de degradación en atenuación
natural ................................................................................................................................. 11
Figura 1-3: Esquema general del mecanismo de la mineralización .................................. 17
Figura 2-1: Vía metabólica propuesta para la transformación del fenantreno en cultivos de
P. ostreatus ......................................................................................................................... 30
Figura 2-2: Compuestos que pueden ser mineralizados por el sistema enzimático
ligninolítico de hongos de podredumbre blanca................................................................. 31
Figura 2-3: Propuesta para la producción de OH- por la LiP ............................................ 33
Figura 2-4: Ciclo catalítico de las enzimas citocromo P-450 monooxigenasas ................ 34
Figura 2-5: Vía metabólica para la biodegradación del insecticida Endosulfan por P.
chrysosporium ..................................................................................................................... 39
Figura 2-6: Etapas iniciales en las vías microbianas para la oxidación de hidrocarburos
aromáticos policíclicos. ....................................................................................................... 40
Figura 3-1: Partes del cigarrillo .......................................................................................... 43
Figura 3-2: Residuos recolectados en un día de limpieza en Australia. ........................... 48
Figura 3-3: Secciones transversales de ladrillos con mezclas de colillas de cigarrillos. .. 55
Figura 3-4: Proceso propuesto para la producción de pulpa de celulosa a partir de colillas
de cigarrillo. ......................................................................................................................... 56
Figura 3-5: Acetato de celulosa (500X) con 70 días de tratamiento, donde 1: Sin
tratamiento, 2: cultivo de Pleurotus ostreatus, 3: cultivo de Trametes versicolor. ............ 58
Figura 3-6: Calidad de las fructificaciones por especies de Pleurotus .............................. 60
Figura 3-7: Porcentajes de colonización, biodegradación y correlación. .......................... 61
Figura 4-1: a) Colillas de cigarrillo recolectadas. b) Colillas de cigarrillo procesadas ...... 64
Figura 4-2: Inoculación de P. ostreatus en MCS. a) Cultivo a los 4 días con
contaminación. b) Cultivo a los 4 días sin contaminación. ................................................ 66
Figura 4-3: Tinción de Gram para el microorganismo desarrollado sobre el medio de
colillas de cigarrillo. ............................................................................................................. 66
Figura 4-4: Crecimiento de micelio de PO1 sobre a) MC1 b) PDA .................................... 67
Figura 4-5: Comparación del crecimiento de P. ostreatus en a) PDA y b) CMC .............. 68
XIV Título de la tesis o trabajo de investigación
Figura 4-6: Crecimiento de P. ostreatus activado en CMC sobre MC1 después de 4 días
de cultivo ............................................................................................................................. 69
Figura 4-7: Crecimiento del P. ostreatus sobre colillas de cigarrillo sin procesamiento
(MC2) previamente activado en a) PDA y b) CMC. ............................................................ 70
Contenido XV
Lista de tablas
Pág.
Tabla 1-1: Ventajas y desventajas de la biorremediación ................................................... 9
Tabla 1-2: Resultados de la aplicación de las diferentes estrategias de biorremediación
sobre medios contaminados ............................................................................................... 15
Tabla 1-3: Factores que determinan la eficacia de la biorremediación ............................. 20
Tabla 2-1: Clasificación del reino Fungi ............................................................................. 24
Tabla 2-2: Ciclo de reacciones para las enzimas MnP y LiP ............................................ 33
Tabla 2-3: Hongos con actividad degradadora de compuestos tóxicos ............................ 35
Tabla 2-4: Ventajas y desventajas de la utilización de hongos en los procesos de
biorremediación .................................................................................................................. 37
Tabla 3-1: Constituyentes tóxicos de la corriente principal del humo del cigarrillo fumado
bajo condiciones estándar que inciden en el padecimiento de cáncer ............................. 45
Tabla 3-2: Constituyentes tóxicos de la corriente secundaria del humo del cigarrillo
fumado bajo condiciones estándar que inciden en el padecimiento de cáncer ................ 45
Tabla 3-3: Prevalencia de los desechos reportados en las calles de la ciudad de San
Francisco, 2009 .................................................................................................................. 47
Tabla 3-4: Concentración de metales en cigarrillos y lixiviados de colillas de cigarrillo ... 50
Tabla 3-5: Toxicidad de las colillas de cigarrillo para algunos organismos acuáticos. ..... 51
Tabla 3-6: Parámetros y resultados del crecimiento de las dos especies de hongos ...... 59
Contenido XVI
Lista de Símbolos y abreviaturas
Abreviaturas Abreviatura Término
AC Acetato de Celulosa ADN Ácido desoxiribonucléico AV Alcohol veratrílico BPCs Bifenilos Policlorados BTEX Benceno, Tolueno, Etilbenceno, Xileno
CC Colilla de cigarrillo CMC Carboximetilcelulosa DDT Dicloro difenil tricloroetano DMB Dimetoxibenceno EC50 Concentración media efectiva máxima EEUU Estados Unidos de América EurLex Legislación de la Unión Europea FBC Factor de bioconcentración FESup Fermentación en estado superficial HAPs Hidrocarburos aromáticos policíclicos HTP Hidrocarburos del petróleo totales
Lac Lacasa LiP Lignino peroxidasa MC1 Medio de cultivo 1 MC2 Medio de cultivo 2
MCS Medio de cultivo suplementado MnP Manganeso peroxidasa O1 Cepa commercial de Pleurotus ostreatus
PCP Pentaclorofenol
PDA Agar papa dextrosa SDL Sistema de degradación de la lignina U.S.EPA Agencia de protección ambiental de los Estados Unidos
Introducción
Uno de los problemas que enfrenta el mundo hoy en día es la contaminación del suelo,
agua y aire por el aumento de la actividad industrial y la generación de productos que
tienen efectos tóxicos sobre el medio ambiente y la salud humana. Particularmente, la
industria del tabaco es una de las responsables de numerosos daños de este tipo, no
sólo durante el proceso de producción, sino también durante y después de su consumo.
La deforestación, la contaminación de suelos y agua por el uso extensivo de plaguicidas,
la salud de los consumidores, y la producción de residuos como gases, cenizas, tabaco y
colillas, son ejemplo de los principales aspectos que contribuyen al aumento de dicha
problemática.
Se considera que las colillas de cigarrillo son uno de los residuos más comunes en el
mundo. Representan un riesgo toxicológico para el medio ambiente por su composición y
la cantidad de sustancias químicas que son retenidas en el filtro y parte del tabaco
cuando éste entra en combustión. De este proceso se generan aproximadamente 4.000
compuestos o grupos de ellos, de los que por lo menos 50 son carcinogénicos, entre los
cuales se encuentran: el cianuro de hidrógeno, nitratos, amonio, acetaldehído,
formaldehído, benceno, fenoles, piridinas y monóxido de carbono. Además, se ha
determinado la presencia de metales y metaloides como el Cd, As, Pb y Ni, los cuales
tienden a bioacumularse y, junto con el alquitrán y la nicotina, causan graves impactos
sobre el ambiente.
En consecuencia, el problema de contaminación generado por las colillas de cigarrillo se
debe básicamente a tres factores: 1) la gran cantidad de colillas producidas en el mundo:
cerca de 5,6 billones por año que equivalen a 845.00 toneladas, de las cuales 94,9
millones (16 toneladas) se producen específicamente en Bogotá; 2) la lenta
descomposición o degradación (de 1-2 años); y 3) la formación de lixiviados debido a la
posibilidad de transferir los contaminantes retenidos al suelo, cuando son arrojadas en
exteriores y al agua.
2 Introducción
Las tecnologías con enfoque biológico, como la biorremediación con bacterias, la
fitorremediación y la micorremediación, representan una alternativa con gran potencial en
el tratamiento de ambientes contaminados. A diferencia de otros métodos tradicionales
(como la incineración o la extracción con solventes), la biorremediación requiere de
menor inversión económica, menor tiempo de operación y tiene un impacto menos
negativo sobre el ambiente.
En los procesos de biorremediación pueden llevarse a cabo tres estrategias de
descontaminación: 1) la mineralización, en la que los compuestos orgánicos se degradan
en materiales menos tóxicos como metano, dióxido de carbono, agua y sales
inorgánicas; 2) la biotransformación, cuyo objetivo es modificar los compuestos
xenobióticos o tóxicos a través de procesos bioquímicos que los transformen en
sustancias más ionizadas, hidrosolubles y fácilmente eliminables por el organismo; y 3) la
bioacumulación, en la cual algunos compuestos contaminantes que no se degradan o
presentan mayor resistencia a la biodegradación (recalcitrancia), se acumulan en una
forma inerte al interior del organismo.
En este sentido, el uso de organismos vivos, como los hongos, para la degradación de
compuestos químicos xenobióticos resulta útil para disminuir su concentración a niveles
no tóxicos de manera natural, similar a como se hace en la naturaleza. Este tipo de
organismos, tienen la ventaja de ser fácilmente adaptables y pueden degradar una
inmensa variedad de moléculas bajo condiciones muy diferentes. Se ha demostrado que
las especies del género Pleurotus son capaces de transformar, a través de
mineralización y biotransformación, una amplia gama de contaminantes orgánicos
altamente recalcitrantes con similitudes estructurales a la lignina, su principal fuente de
carbono y energía.
A pesar de que el problema de las colillas y el tratamiento de las mismas con hongos, no
ha sido abordado de manera particular en ningún trabajo, se han reportado numerosos
estudios en los que se ha demostrado que los hongos, en su mayoría pertenecientes a
los basidiomicetos catalogados como hongos de pudrición blanca, son poderosos
descomponedores de compuestos contaminantes, como los que se encuentran en las
colillas. Entre los principales organismos utilizados para este fin están: Chrysosporium
Introducción 3
phanerochaete, Agaricus bisporus, Trametes versicolor y Pleurotus ostreatus. Debido a la
producción de enzimas extracelulares, como las lignino peroxidasa, manganeso
peroxidasa y lacasa, se han utilizado con éxito como biotransformadores de plaguicidas,
degradadores de hidrocarburos derivados del petróleo, desechos ligninocelulíticos de
pulpa y papel y colorantes, usando como sustrato fuentes de carbono, tales como
aserrín, paja y harinas, los cuales se utilizan para mejorar las tasas de degradación por
estos organismos.
En este sentido, el objetivo del presente trabajo es realizar una revisión sobre las
principales técnicas de biorremediación en el tratamiento de residuos, específicamente
de las colillas de cigarrillo. Así mismo se pretende evaluar, a través de ensayos a escala
de laboratorio (fermentación en estado superficial in vitro), la eficiencia de este residuo
como sustrato para el crecimiento de una cepa de Pleurotus ostreatus, como una etapa
inicial con miras a determinar su potencial aplicabilidad en un proceso de
micorremediación.
1. Biorremediación
1.1 Definición
Los avances tecnológicos y los procesos químicos utilizados en la actualidad, han dado
lugar a nuevos productos y, por tanto, a nuevos contaminantes que en su mayoría
tienden a acumularse y sobrepasar la capacidad de resiliencia y de auto-limpieza del
medio ambiente (Fulekar, 2010). La contaminación de las aguas subterráneas, las aguas
superficiales, el suelo y el aire con sustancias químicas peligrosas y tóxicos, es uno de
los principales problemas que el mundo industrializado enfrenta hoy día. Por ello, existe
la necesidad urgente de desarrollar tecnologías de remediación que consuman menos
recursos, que sean efectivas en menor tiempo y que sean más respetuosas con el medio
ambiente.
La aplicación de tecnologías con enfoque biológico, es una alternativa atractiva, de
creciente interés social y con gran potencial para el tratamiento de un ambiente
contaminado (Andreoni & Gianfreda, 2007). La biorremediación figura, en este sentido,
como una tecnología emergente, que representa una importante promesa para la
mitigación o eliminación rentable de una amplia variedad de contaminantes ambientales.
El término biorremediación proviene de las palabras bio que significa vida y remediación
que significa arreglo (Evans & Furlong, 2011). Se puede definir como un proceso de
tratamiento biológico, espontáneo o controlado, que implica el uso de organismos vivos
(bacterias, hongos y/o plantas), para reducir o eliminar de manera natural, la acumulación
de compuestos químicos tóxicos o residuos peligrosos presentes en el aire, suelo y agua
(Alvarez & Illman, 2006).
En la actualidad, los procesos de biorremediación, como la fitorremediación (remediación
con plantas) y la micorremediación (remediación con hongos), son aceptados por la
6 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos de cigarrillo
Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (U.S. EPA), por la Agencia
Ambiental de Canadá, y otras entidades reguladoras en todo el mundo (Iwamoto & Nasu,
2001), como tecnologías de remediación viables. De hecho, se ha demostrado la eficacia
y el éxito de la aplicación de los procesos de biorremediación en el tratamiento del suelo
contaminado por derrames de productos químicos, fugas en tanques de almacenamiento
subterráneo de gasolina (Schnoor, 1997; Boopathy, 2000; U.S. EPA, 2001b; Alvarez &
Illman, 2006; Fulekar, 2010) y la contaminación del agua por efluentes industriales
tóxicos, en numerosos lugares en todo el mundo.
Los estudios desarrollados en los últimos años relacionados con los procesos de
biorremediación, demuestran el éxito no solo en la aplicación de esta tecnología, sino en
la cantidad y variedad de trabajos de investigación que se han desarrollado, por citar
algunos ejemplos se resalta en trabajo de autores como Gianfreda & Nannipieri, (2001)
quienes realizaron un análisis de los microorganismos que atacan enzimáticamente los
contaminantes del suelo, estudiando sus vías de biodegradación. Alvarez & Illman,
(2006) quienes presentan una amplia perspectiva de los procesos de biorremediación,
así como la caracterización y comparación con los métodos tradicionales, sobre los
cuales se precisará más adelante. Fulekar, (2010), que reporta un completo estudio
sobre los avances que en la última década se han realizado en la tecnología de
biorremediación y las técnicas de restauración de suelos y aguas contaminadas. Y más
recientemente, Scazzocchio, (2014) quien resalta el empleo de ADN recombinante para
el uso de microorganismos modificados genéticamente en la restauración de sitios
contaminados.
De manera particular, con respecto al tipo de compuestos químicos contaminantes
tratados con procesos de biorremediación, se encuentran reportes de su aplicación para:
hidrocarburos derivados del petróleo (HAPs) (Medaura, 2013), compuestos clorados,
como el pentaclorofenol (PCP) (Posada, 2011; U.S. EPA, 1995) pesticidas, herbicidas e
insecticidas (Deshmukh et al., 2016; Fulekar, 2010), metales pesados (Damodaran et al.,
2014; Joshi et al., 2011) y otros contaminantes como compuestos organofosforados,
cianuros, fenoles, etc. (U.S. EPA, 1995).
Sin embargo, la limitada comprensión de la contribución biológica de los organismos y su
impacto en los ecosistemas, ha sido un obstáculo para que la biorremediación sea más
Capítulo 1 7
fiable y de común aplicación. Es un reto hoy en día proporcionar datos e información para
resolver cuestiones relacionadas con el comportamiento de los organismos, la
degradación de los contaminantes, conocer los cambios que le ocurren durante la
remediación a los organismos y a los compuestos químicos como tal, esto con el fin de
consolidar mejor el uso de esta tecnología.
A continuación se hará una descripción de las principales ventajas y desventajas del
empleo de la biorremediación, comparada con técnicas convencionales para el
tratamiento de residuos.
1.2 Biorremediación vs técnicas convencionales
Las tecnologías utilizadas convencionalmente para el tratamiento de contaminantes, se
basan en la aplicación de procesos de tipo mecánico, físico y químico, entre los cuales se
encuentran: la incineración, la extracción con solventes, la solidificación, el lavado de
suelos, el vertido controlado, etc. Frente a los métodos biológicos, los procesos físico-
químicos tienen la ventaja de ser mucho más rápidos y de tratar sitios contaminados con
elevadas concentraciones del contaminante, aunque presentan la desventaja de ser
procesos que implican un alto costo económico y de ser poco amigables con el ambiente
(Alvarez & Illman, 2006).
La incineración de 1 kg de materia orgánica (seca) cuesta diez veces más que su
eliminación biológica en un reactor (Bécares, 2014) y el enterramiento de materiales (que
resulta ser bastante común en países poco desarrollados), conlleva a la contaminación
latente de suelos y aguas subterráneas, causando un problema ambiental a largo plazo
debido a que los rellenos sanitarios no se encuentran bien estructurados.
Hasta hace unos años, resultaba más económico llevarse los suelos contaminados a un
vertedero que pensar en la posibilidad de descontaminarlos. Hoy en día esta situación se
ha revertido, la legislación de la Unión Europea (EUR-Lex) para vertidos de residuos,
considera que es más favorable (económica y ambientalmente) la descontaminación de
los mismos a través de métodos biológicos que físicos o químicos. Las tecnologías
utilizadas en la actualidad tienen como fin el de remediar un sitio contaminado
8 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos de cigarrillo
optimizando la transformación o eliminación de los compuestos que son difícilmente
biodegradables de forma eficaz y con el mínimo daño al sitio. Los hidrocarburos
derivados del petróleo, son uno de los residuos más comunes que han sido tratados
mediante diversos métodos, en la figura 1-1 se comparan los costos aproximados para la
limpieza de suelos contaminados con HAPs.
Figura 1-1: Costos de las tecnologías de remediación de suelos contaminados con
Hidrocarburos derivados del petróleo.
Fuente: (Stamets, 2005)
Como se observa, la diferencia en costos de aplicación entre los métodos de tratamiento
convencionales y los relacionados con organismos biológicos, son bastante
considerables, siendo más evidente al comparar con la incineración. Es importante
resaltar que aparte de implicar una menor inversión económica, se garantiza la
protección de la calidad y la capacidad del medio, para funcionar dentro de los límites del
ecosistema, de igual manera, como señala (Goltapeh, 2013), se mantiene la calidad del
medio ambiente y su productividad biológica .
Capítulo 1 9
Aunque los métodos biológicos tienen limitaciones como su lentitud o la necesidad de
dilución del contaminante gastando grandes volúmenes de agua, tienen ciertas ventajas
cuando se trata de recuperar grandes extensiones de terrenos contaminados (Alvarez &
Illman, 2006). La utilización de organismos biológicos, como bacterias, hongos y plantas
representa, en este sentido, una opción más segura frente a las tecnologías ya
mencionadas. Los microorganismos, por ejemplo, tienen la ventaja de ser adaptables y
poder degradar una inmensa diversidad de moléculas bajo condiciones muy diferentes de
humedad, temperatura, pH, fuente de alimento, etc. (Mulas, 2008).
Una de las más exitosas aplicaciones de la técnica fue el tratamiento de la costa de
Prince William Sound, Alaska (Swannell, et al., 1996), afectada por el derrame de 11
millones de litros de crudo en el incidente de Exxon Valdez en 1986. El tratamiento se
basó en la acción metabólica de microorganismos (Arqueas) y modificaciones
ambientales de gran sencillez: como la aplicación de nutrientes (nitrógeno y fósforo como
macronutrientes) y la aireación permitiendo desintegrar por completo la mancha de crudo
y evitando a su vez una multa billonaria por parte de las autoridades ambientales
Canadienses a EEUU. Comparada con los métodos físicos de limpieza, la
biorremediación resultó más sencilla, causando a su vez menos perturbación en el medio
ambiente. En la tabla 1-1 se presenta un compendio de algunas ventajas y desventajas
del uso de las técnicas de biorremediación frente a las técnicas convencionales:
Tabla 1-1: Ventajas y desventajas de la biorremediación
VENTAJAS DESVENTAJAS
Al igual que algunas técnicas convencionales, también
pueden aplicarse in-situ o ex-situ. [1][5]
No ha sido posible determinar la efectividad en muchos
tipos de vertidos. [4]
La calidad del suelo no se ve alterada durante el proceso; no
se perjudican ni la estructura ni las características biológicas.
[5]
Su aplicación resulta más fácil en suelos que en aire y
agua. [2]
Se genera poco o ningún residuos peligrosos.[3] Dificultad o imposibilidad de degradar contaminantes
inorgánicos (y algunos orgánicos). [5]
Pueden obtenerse subproductos útiles para la agricultura. [1]
Pueden generarse compuestos intermediarios o
metabolitos secundarios con un potencial similar o incluso
superior al producto de partida. [3]
Se ha demostrado su utilidad en la eliminación de una amplia
variedad de compuestos tóxicos [1] [5]
No es efectiva en la eliminación de elementos como
Mercurio, Plomo y Cadmio. [4]
Dependiendo del tipo de compuesto, puede lograrse la
detoxificación completa del sitio contaminado. [4]
La implementación es específica al medio o lugar
contaminado, deben tenerse en cuenta factores
específicos para la selección del tipo de biorremediación.
10 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos de cigarrillo
Es un proceso natural, aceptado por las normativas
ambientales. [1] [3]
Aún no se conoce con exactitud los mecanismos de los
tratamientos con biorremediación, ni el comportamiento
de los organismos. [3]
Se evita transferir la contaminación entre medios (gaseoso,
líquido y sólido). [4]
Debe tenerse en cuenta el límite de toxicidad permitido
para el organismo utilizado. No debe superar el LD50. [1]
No produce efectos adversos significativos, siempre y
cuando sea correctamente utilizada. [1]
Las condiciones de laboratorio son difíciles de extrapolar
al sitio de remediación. [1]
No requiere equipo especializado, es poco invasiva y
generalmente no representa una amenaza para el medio
donde se aplica. [2]
Requiere investigación multidisciplinaria para determinar
y optimizar las condiciones del proceso. [2]
Puede combinarse con otras tecnologías que complementen
el tratamiento. [5]
[1] Alvarez & Illman, 2006 [2] Orosco & Guano, 2008 [3] Torres & Zuluaga, 2009 [4] Villaseñor, 2011 [5] Mulas, 2008
Para el tratamiento de un sitio contaminado o una sustancia contaminante en particular, a
través de métodos biológicos, deben tenerse en cuenta las diferentes estrategias con el
fin de hacer más eficiente el proceso de biorremediación. A continuación se describirán
cada una de ellas.
1.3 Estrategias de biorremediación
Aunque los procesos que tienen lugar durante la biorremediación ocurren, por lo general,
de manera natural (atenuación natural), cuando se desarrolla un tratamiento que implica
la utilización de este tipo de tecnología, el interés es alcanzar los objetivos en intervalos
de tiempo más cortos y que su aplicación sea viable y efectiva. Para suplir estas
necesidades es conveniente la intervención del medio contaminado, a través de
estrategias como la bioestimulación o la bioaumentación (U.S. EPA, 2001; Swannell, et
al., 1996) sobre las cuales se precisará a continuación.
1.3.1 Atenuación natural
Esta estrategia, es denominada también como biorremediación pasiva, natural o
intrí
in situ de muy
bajo costo. Se lleva a cabo gracias a la acción de los organismos presentes en el medio
contaminado y depende de sus habilidades metabólicas (Alvarez & Illman, 2006), de la
capacidad de resiliencia de los ecosistemas, así como de la geoquímica y de la
hidrogeología de la zona (Sánchez & Rodríguez, 2010).
Capítulo 1 11
Esta estrategia no requiere intervención tecnológica y se distinguen dos modelos: uno
que ocurre en presencia de oxígeno o de un medio oxidante como los nitratos y el hierro
(III) (condiciones aerobias) y otro en ausencia del mismo o de un medio reductor como
sulfatos o dióxido de carbono (condiciones anaerobias) (Camargo, 2015), pudiendo ser
utilizados como sustratos, compuestos orgánicos como azúcares, proteínas, lípidos e
inclusive petróleo. En la figura 1-2 se representa un esquema de las reacciones para
cada proceso.
Figura 1-2: Esquema de reacciones para cada modelo de degradación en atenuación natural
Adaptada de: Arroyo, (n.d.)
El fundamento bioquímico de la acción que ejercen los microorganismos utilizados
mediante esta estrategia, se basa en la cadena respiratoria o transportadora de
electrones de las células, las cuales producen una serie de reacciones de óxido-
reducción cuyo fin último es obtener energía, utilizando los contaminantes como fuente
nutricional. Arroyo, (n.d.) y Alvarez & Illman, (2006) señalan que para que se inicie la
cadena, es necesario un sustrato orgánico que actúe como dador de electrones, de
manera tal que la actividad metabólica de la célula acabe degradando y consumiendo
dicha sustancia. Los compuestos hidrocarbonados son un potencial sustrato para este
tipo de microorganismos.
Cabe resaltar que para utilizar esta estrategia como una técnica de remediación, será
necesario que existan en el medio unas condiciones físico-químicas específicas de pH
(entre 6-8), nutrientes, temperatura (15 y 45 ºC), humedad, textura, estructura del suelo y
concentración de los contaminantes (Arroyo, n.d.).
Condiciones aerobias:
Sustrato + O2 → biomasa + CO2 + H2O
Condiciones anaerobias:
Sustrato + (NO3-
, SO4 2-
, Fe3+
, Mn4+
, CO2) → Biomasa + CO2 +(N2, Mn2+
, S2+
, Fe2+
, CH4)
12 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos de cigarrillo
Además de carbono, hidrógeno y oxígeno (que constituyen casi el 80% de la materia
seca celular), son necesarios otros nutrientes: N y P los principales, pero también K, Ca,
S, Mg y oligoelementos. Estos nutrientes deben estar presentes en el medio si se
pretende establecer una población microbiana para la remediación que, además, tendrá
que encontrarse en una proporción adecuada. Algunas de las relaciones C:N:P
propuestas en la literatura son de 100:15:1, 100:10:1, 100:20:1, 120:10:1, 100:5:1,
100:10:0,1, 20:5:1, entre otras, dependiendo del sistema de tratamiento a emplear. Estas
relaciones varían entre sistemas terrestres, acuáticos y según la predominancia de
bacterias y hongos, siendo comúnmente de 100:10:1 (Mulas, 2008).
Indistintamente de la estrategia de biorremediación que se utilice, siempre será necesario
una investigación y caracterización previa de la contaminación y del emplazamiento de
forma rigurosa para evaluar y elegir la medida más adecuada, diseñar un sistema óptimo,
llevar a cabo un control y seguimiento del mismo y seleccionar el organismo más
adecuado para la remediación del contaminante de interés, lo que representa
inconvenientes a la hora de decidir aplicarla, ya que en países en vía de desarrollo, como
Colombia, los procesos no son tan precisos.
Un caso específico de la aplicación de esta estrategia, fue desarrollado por Corona &
Argüelles, (2005) quienes realizaron un experimento con suelo contaminado proveniente
de una refinería que contaba con concentraciones elevadas de HAPs de bajo peso
molecular como el naftaleno, fenantreno y antraceno y de alto peso molecular como el
criseno y benzo(a)pireno. En condiciones específicas de variación de humedad, aire,
adición de nutrientes, adición de surfactantes, tiempo (6, 24 y 48 h) y la presencia de
bacterias heterótrofas en el suelo contaminado (106–108 ufc/g), los autores determinaron
que la concentración de los HAPs disminuyó en más de 90% con respecto a la que se
tenía en el suelo inicialmente, siendo el alto contenido de agua un factor importante para
favorecer la tasa de degradación en un menor período de tiempo.
Aunque se destaca la efectividad de la aplicación de esta estrategia para la remediación
del suelo contaminado, podría realizarse de manera más descriptiva y esquemática con
el fin de reproducir la técnica en otros sitios donde se requiera. En el trabajo mencionado,
no se considera ni se hace una caracterización de los tipos de microorganismos que
permitieron que se llevara a cabo la remediación, por lo que no fue posible analizar
Capítulo 1 13
específicamente cuáles podrían haber sido los mecanismos por los cuales las bacterias
lograron utilizar los HAPs del suelo como sustrato y de esta manera degradarlos.
1.3.2 Bioestimulación
La bioestimulación consiste en la modificación de las condiciones ambientales del medio
contaminado, para favorecer o potenciar la atenuación natural. Se lleva a cabo mediante
el aporte de nutrientes (como nitrógeno y fósforo), aireación (O2), donantes de electrones
(como compuestos de hierro o nitratos para los procesos anaerobios y etanol o ácido
láctico para procesos aerobios), aceptores de electrones (como oxígeno y nitratos para
procesos aerobios) o por el ajuste del pH.
La aplicación de esta estrategia de remediación, no sería recomendable para suelos
arcillosos, altamente estratificados o demasiado heterogéneos, ya que pueden provocar
limitaciones en la transferencia de O2. Otros factores que pueden limitar la aplicación de
esta estrategia podrían estar relacionados con que el tipo de suelo no favorezca el
crecimiento microbiano, que se produzca aumento en la movilidad de los contaminantes
o que se puedan obstruir los pozos de inyección a causa del crecimiento microbiano.
La U.S. EPA, (1995) recopila diferentes estudios en donde se demuestra que, en casos
específicos la bioestimulación puede ser necesaria para promover la biorremediación, en
especial cuando las concentraciones de contaminantes no son lo suficientemente altas
como para ser eliminadas de manera natural. Adicional a esto, el estudio menciona los
parámetros generales para la aplicación de diferentes procesos de biorremediación sobre
fuentes hídricas y suelos.
1.3.3 Bioaumentación
Consiste en la adición de microorganismos especializados al medio (suelo o agua) con el
fin de potenciar la remediación y de esta manera destruir, inmovilizar o minimizar la
concentración de los contaminantes de interés (Sánchez & Rodríguez, 2010). El objeto
es optimizar la biodegradación de microorganismos autóctonos especializados, para que
la eficiencia sea la mejor.
14 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos de cigarrillo
Los organismos utilizados en esta estrategia, pueden ser naturales o modificados
genéticamente, aunque esta última opción todavía está cuestionada y se encuentra en
desarrollo (Scazzocchio, 2014). Comúnmente, se utiliza la bioaumentación para modificar
el tiempo de aclimatación o adaptación al sitio contaminado y al contaminante, haciendo
que la biodegradación comience antes y se evite el riesgo toxicológico hacia plantas,
animales y humanos (Mulas, 2008).
Tanto la bioestimulación como la bioaumentación, son estrategias que implican la
circulación de oxígeno a través de un suelo contaminado para mejorar la biodegradación
de contaminantes orgánicos o la inmovilización de contaminantes inorgánicos (Van
Leeuwen, et al., 1997). La bioaumentación puede llevarse a cabo en diferentes
actividades como por ejemplo el compostaje, las biopilas o el labrado de un terreno
(landfarming), en las cuales se adiciona sustrato vegetal o materia orgánica, cal,
nitrógeno, fósforo y/o una mezcla de microorganismos capaces de acelerar y mejorar la
degradación de determinados contaminantes (Posada, 2011).
En lo que respecta a la comparación entre las tres estrategias, un estudio realizado a
nivel de laboratorio (Gómez et al., 2009), evaluó su efectividad sobre un suelo
contaminado con una mezcla de combustibles (gasolina-diesel). Los resultados para la
aplicación de la atenuación natural, la bioestimulación y la bioaumentación en la
reducción de la concentración de hidrocarburos totales de petróleo (HTP) fue del 52,79%,
60,45% y del 64,92%, respectivamente. Se demuestra con este estudio que la utilización
del Bacillus sp. en la bioaumentación, como bacteria especializada en la degradación de
hidrocarburos, mejora los resultados esperados en el tratamiento de un suelo
contaminado.
En conclusión la clave del éxito de un proceso de biorremediación radica en la cuidadosa
selección de cepas para la bioaumentación, basada en el conocimiento de la dinámica
poblacional y en el diseño del sistema, imponiendo condiciones que aceleren el
desarrollo de las cepas de interés y por supuesto mejorando su potencial, valiéndose de
la complementariedad de estas estrategias. En la tabla 1-2 se resumen algunos casos
específicos en donde se aplicaron las diferentes estrategias en la biorremediación de
suelos contaminados.
Capítulo 1 15
Tabla 1-2: Resultados de la aplicación de las diferentes estrategias de biorremediación sobre medios contaminados
ESTRATEGIA MEDIO/
VARIABLES CONTAMINANTES OBSERVACIONES REFERENCIAS
Atenuación Natural
Suelo / Tasa de
descomposición de Hidrocarburos totales
del Petróleo
Variables edáficas
1. Hidrocarburos
(gasoil y aceite de carter)
2. Producto comercial (formulación reservada)
1.Tasa de degradación lenta y poco efectiva.
No hubo alteración en las variables edáficas (pH, P y conductividad eléctrica.)
2.Tasa de degradación rápida y efectiva en los
primeros 30 días. Incremento en la
conductividad eléctrica del suelo
Romaniuk et al., 2007
Bioestimulació
n clásica y Bioaumentació
n fúngica
Suelo / Degradación por
hongos autóctonos (19 cepas
identificadas); División Ascomycota
Matriz compleja de hidrocarburos del petróleo, rica en
fracciones saturadas pesadas y aromáticos
de elevado peso molecular (HMW-HAPs)
Actividad polifenoloxidasa,
capaz de oxidar compuestos aromáticos.
Degradación de:
HTP: 68,90% HAPs de 3 anillos :
86,03% HAPs de 6 anillos:
28,27%
Disminución de la toxicidad de los lixiviados
del suelo. Cambio en las
poblaciones bacterianas determinadas por cultivo.
Medaura, M., 2013
Atenuación Natural
Suelo /
Suelo + Agua Suelo + Surfactantes
+ Agua Suelo + N y P
Hidrocarburos derivados
de petróleo, altas concentraciones de
HAPs y alcanos pesados
Mejor remoción de HAPs: Suelo + 30% de contenido
de agua., adición de nutrientes y surfactante.
Mayor eficiencia de
remoción: naftaleno y antraceno.
Corona et al., 2005
De las diferentes estrategias que pueden utilizarse en un proceso de biorremediación, es
claro que con la bioaumentación se obtienen mejores resultados, particularmente en
sitios contaminados con compuestos derivados del petróleo, campo que ha sido bastante
explorado y sobre el cual se encuentran una gran cantidad de estudios con resultados
exitosos de su aplicación (García et al., 2015; Evans & Furlong, 2003; U.S. EPA, 1995,
2001b). Sin embargo, no hay que desconocer que cada una de las estrategias tiene sus
propias ventajas y que el uso de una u otra depende en gran medida de las
características del lugar y del tipo de contaminante a remediar.
16 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos de cigarrillo
Para comprender un poco más a fondo qué es lo que sucede con las sustancias
contaminadas cuando se usa un organismo biológico en su tratamiento, a continuación
se explicarán cada uno de los mecanismos que pueden presentarse en este proceso.
1.4 Mecanismos que se llevan a cabo durante la biorremediación
Como se ha mencionado, los procesos de biorremediación utilizan el potencial
metabólico (catabolismo) de los organismos vivos para transformar contaminantes en
compuestos más simples como fuente de carbono y energía (Watanabe, 2001; Alvarez &
Illman, 2006; Castillo et al., 2005; Mulas, 2008).
Cuando se lleva a cabo un proceso de biorremediación, generalmente se presentan tres
tipos de mecanismos: la mineralización, la biotransformación y la bioacumulación. Estos
procesos, que se describen con detalle a continuación, incluyen reacciones de óxido-
reducción, procesos de sorción e intercambio iónico, e incluso reacciones de quelación
que provocan la inmovilización de metales (Mulas, 2008).
1.4.1 Mineralización
El proceso por el cual se degradan compuestos orgánicos en materiales menos tóxicos
como metano, dióxido de carbono, agua y sales inorgánicas (Alvarez & Illman, 2006), se
conoce como mineralización. Este mecanismo, se basa en el hecho de que la materia en
la naturaleza se transforma mediante conversiones biológicas en condiciones específicas
de temperatura y en presencia de oxígeno, tal como en la estrategia de atenuación
natural (Mulas, 2008).
Los microorganismos desempeñan un papel importante en este mecanismo de
degradación, puesto que tienen la habilidad de transformar una gran cantidad de materia
orgánica. El esquema general para la mineralización se puede observar en la figura 2,
para la degradación aerobia.
La descomposición o degradación de los sustratos orgánicos, ocurre por medio del
proceso de respiración aeróbica, y la evolución en la producción de CO2 se utiliza como
un indicador de la actividad respiratoria de las comunidades en agua y suelos, lo que
Capítulo 1 17
corresponde a la medida del ensayo de mineralización y a la evaluación del efecto de
variaciones en los factores bióticos y abióticos sobre la descomposición de la materia
orgánica (Atlas & Bartha, 2001). Gracias a este mecanismo, es posible, por ejemplo,
anticipar el impacto ambiental de sustancias orgánicas identificadas como xenobióticos
y/o tóxicos. La figura 1-3 presenta el esquema general de los procesos relacionados con
el mecanismo de la mineralización.
Figura 1-3: Esquema general del mecanismo de la mineralización
Se han desarrollado numerosos trabajos basados en este mecanismo (Woo et al., 2016;
Quintero, 2011; Cerniglia, 1997; Deshmukh et al., 2016; Schnoor, 1997; entre otros)
específicamente por la acción de hongos de la pudrición blanca, de los cuales se hará
énfasis en el numeral 2.2.4.
1.4.2 Biotransformación
Algunas veces, los compuestos en la naturaleza no se mineralizan, sino que se
transforman en otros diferentes que pueden ser incorporados por el propio organismo
que los transforma o secretados al medio ambiente (Casal & Rojo, 2004), a este
mecanismo se le conoce como biotransformación (Castillo, et al, 2005).
18 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos de cigarrillo
El objetivo, es modificar los compuestos xenobióticos o tóxicos a través de procesos
bioquímicos que los transformen en sustancias más ionizadas, hidrosolubles y fácilmente
eliminables, a través de una serie de enzimas no integradas en las vías del metabolismo
energético o intermediario del organismo (Camargo, 2015). En términos generales, las
reacciones de biotransformación generan metabolitos inactivos, más polares e
hidrosolubles para su eliminación.
Existen muchas formas diferentes de llevar a cabo los procesos de biotransformación,
para las cuales se han diseñado biorreactores específicos. Varios de estos procesos se
suelen llevar a cabo con enzimas solubles o inmovilizadas en un soporte, lo que permite
realizar procesos en continuo. En ocasiones también se utilizan células enteras
procariotas o eucariotas, ya sea en crecimiento o en reposo, en suspensión o
inmovilizadas (Casal & Rojo, 2004). Los procesos de biotransformación pueden ser muy
útiles además para reciclar sustancias de desecho de las industrias y originar productos
de mayor valor.
Cuando se lleva a cabo un proceso de biotransformación para la neutralización y
eliminación de compuestos xenobióticos, en general ocurren dos procesos: el primero en
el que los compuestos son modificados mediante reacciones de oxidación, reducción o
hidrólisis y convertidos en productos más hidrosolubles. Este paso genera nuevos grupos
funcionales de carácter polar (hidroxilo, amino, carboxilo), ej. la oxidación de etanol a
acetaldehído, la de metanol a formaldehído, oxidaciones en las que el oxígeno es el
aceptor de electrones y resulta reducido a agua, o bien transformado en peróxido de
hidrógeno o en radical superóxido.
En el segundo proceso los xenobióticos con grupos reactivos (oxhidrilo, amino, carboxilo,
epóxido, halogenuro, etc.), o los metabolitos generados por las reacciones anteriormente
mencionadas, se unen a sustancias endógenas para originar compuestos más fácilmente
eliminables (Camargo, 2015).
1.4.3 Bioacumulación
El mecanismo por el cual algunos compuestos contaminantes que no se degradan o
presentan mayor resistencia a la biodegradación (recalcitrancia), se acumulan en una
Capítulo 1 19
forma inerte en el interior del organismo, es conocido como bioacumulación. Este
mecanismo aprovecha la habilidad que tienen algunos organismos (como los hongos) de
inmovilizar compuestos altamente tóxicos mediante la precipitación o formación de
complejos insolubles (Casal & Rojo, 2004).
La bioacumulación es útil en los procesos de biorremediación ya que los organismos
vivos (a través del tejido graso en animales, vacuolas y paredes celulares en hongos y
plantas), acumulan compuestos como derivados del petróleo o metales pesados, como
cadmio, plomo y mercurio, sin efectos notorios en su organismo, a menos que
sobrepasen los límites tolerables (Posada, 2011).
Un caso típico de bioacumulación es el que ocurre en un medio acuático contaminado
por mercurio, en donde los peces muestran un incremento en la concentración de sus
tejidos a lo largo de su vida. Estos organismos, al estar en contacto permanente con el
agua, son además buenos bioindicadores de contaminación acuática. Para determinar la
concentración de los compuestos orgánicos en organismos vivos, la U.S. EPA ha
definido el factor de bioconcentración (FBC), el cual se define como la relación de
concentraciones de productos químicos entre un organismo y el agua de sus alrededores
(U.S. EPA, 1996). Si bien, investigadores se han encargado de determinar las
concentraciones de mercurio en peces, como Rivera & Pouilly, (n.d.), de diferentes
fuentes hídricas en el mundo, los mecanismos por los cuales ocurre el proceso de
bioacumulación aún no están muy bien elucidado.
Una vez conocidos los diferentes mecanismos y estrategias para la biorremediación, es
de igual forma importante conocer que factores es necesario tener en cuenta al momento
de plantear este tipo de procesos de descontaminación, con el objetivo de mejorar la
eficiencia del mismo.
1.5 Factores que determinan la eficacia de la biorremediación
El potencial biorremediador de los organismos vivos reposa básicamente en su dotación
genética. Se ha encontrado que ellos se adaptan a las condiciones del entorno,
produciendo enzimas específicas en función de los sustratos presentes y además
20 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos de cigarrillo
producen cambios genéticos, que les proporciona una capacidad metabólica nueva para
degradar sustancias nocivas para el medio ambiente. Señala Posada (2011), que en
ambientes severamente contaminados, la ausencia de otras fuentes de nutrientes obliga
a los microorganismos mejor dotados a degradar los contaminantes.
Para que un proceso de biorremediación sea efectivo, debe tenerse en cuenta que gran
parte de los microorganismos aislados deben pasar por un proceso de adaptación.
Comúnmente se prueban los límites de tolerancia y la capacidad de biodegradación en
condiciones específicas de laboratorio para luego ser usados en condiciones de campo
(Evans & Furlong, 2011), lo que causa una disminución o eliminación de su potencial
metabólico.
Caso contrario suele suceder con las plantas superiores, las cuales se pueden adaptar a
las condiciones del entorno en zonas contaminadas y al no incorporar los contaminantes
en su metabolismo, utilizan diferentes mecanismos para aislar o retener los
contaminantes en sus tejidos (Posada, 2011). Otros factores que deben ser tenidos en
cuenta para aumentar la eficacia de la biorremediación, se describen en la tabla 1-3
(Evans & Furlong, 2011; Mulas, 2008).
Tabla 1-3: Factores que determinan la eficacia de la biorremediación
Factor Característica
Propiedades del
contaminante
Biodegradabilidad
Estructura química
Propiedades físico – químicas
Biodisponibilidad
Presencia de
comunidades
microbianas
Autóctonos (Atenuación natural)
Introducidos (Bioaumentación)
Sustrato sobre el cual crece
Formación y secreción de enzimas específicas
Disponibilidad del
contaminante
Solubilidad
Estado de oxidación
Adsorción
Naturaleza del medio
contaminado
Condiciones de la matriz (Suelo o agua)
Adaptación de los organismos
Permeabilidad del suelo
Temperatura
Presencia o ausencia de nutrientes orgánicos
Oxígeno, pH.
Capítulo 1 21
Cabe resaltar que los procesos de biorremediación se aplican por lo general en el
tratamiento de aquellos compuestos que presentan una mayor persistencia a la
degradación natural (recalcitrancia) y que por tanto son considerados como peligrosos
para el ambiente (U.S. EPA, 1996). También en el caso de los compuestos relacionados
con los residuos provenientes de la industria, que por lo general son obtenidos de
manera artificial (xenobióticos) como por ejemplo, los encontrados en las colillas de
cigarrillo (Chiba & Masironi, 1992; Lee & Lee, 2015; Micevska et al., 2006; Register,
2000; Slaughter et al., 2011). Para la biorremediación de dichos compuestos
xenobióticos, se han descrito diferentes formas de remediación con organismos vivos
(Castillo et al., 2005).
Para elegir un sistema de biorremediación y conducirlo exitosamente conviene, en
resumen, estudiar diferentes aspectos microbiológicos de las poblaciones implicadas:
Su bioquímica, para ver si las rutas metabólicas pueden mejorarse.
Las características fisiológicas.
La ecología de las especies para determinar las condiciones óptimas del cultivo.
Su genética y sus asociaciones o consorcios.
Los recientes desarrollos en la ecología microbiana molecular ofrecen nuevas
herramientas que facilitan el análisis molecular de poblaciones en sitios contaminados y
biorremediados. La información proporcionada por tales análisis, ayuda en la evaluación
de la efectividad de la biorremediación y la formulación de estrategias que podrían
acelerar el proceso (Watanabe, 2001).
La biorremediación ha venido ocupando un lugar cada vez más importante, debido
principalmente a los costos implicados, la eficacia de los procesos y los subproductos del
tratamiento. No se pueden descartar las limitantes a los procesos biológicos y hace falta
mucho conocimiento al respecto, pero es una alternativa poco invasiva y ambientalmente
amigable con el entorno. Dentro de los tratamientos biológicos de degradación, los
hongos han despertado el interés como promotores del proceso, debido a características
tales como la presencia de un grupo de poderosas enzimas que facilitan la
transformación. A continuación se hará una descripción de las características de los
22 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos de cigarrillo
organismos pertenecientes al reino fungi, para entender un poco más el por qué su gran
potencial en la biorremediación.
2. El Reino Fungi
Los hongos son organismos eucariotas de los cuales se han descrito aproximadamente
500.000 especies pero se estima que pueden existir entre 1 y 1,5 millones en todo el
mundo, de los cuales 140.000 producen cuerpo fructífero lo suficientemente grande y una
estructura adecuada para ser considerados macrohongos (Miles & Chang, 2004). Son
uno de los organismos más versátiles de la naturaleza en su estructura, metabolismo,
ecología y genómica (Herrera, et al. 2015).
Desempeñan un papel importante en todos los ecosistemas, ya que son capaces de
regular el flujo de nutrientes y energía a través de sus redes de micelio, siendo los
responsables de la descomposición y reciclaje de gran parte de la materia orgánica.
Tienen la habilidad de crecer sobre una gran variedad de sustratos, continuando su
función casi indefinidamente y son los únicos microorganismos que pueden ser
empleados en la remediación de una amplia variedad de desechos y aguas residuales
(Singh, 2006).
2.1 Generalidades del reino
En el sistema de clasificación de los seres vivos en cinco reinos, los hongos se
encuentran clasificados en el Fungi, que se divide en cuatro Phyla denominados
Ascomycota (el más extenso que comprende el 50% de los hongos conocidos y
aproximadamente el 80% de los hongos patógenos), Basidiomycota, Zygomycota y
Chytridiomycota (tabla 2-1 L x
y D
y
(Bial - Arístegui, 2002).
24 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
Tabla 2-1: Clasificación del reino Fungi
DIVISIÓN
NOMBRE COMÚN CARACTERÍSTICAS EJEMPLO
Zigomycetes Zigomicetos
Terrestres Carecen de septos
Sustrato: materia vegetal o animal Reproducción asexual
Phizopus stolonifer
Ascomycetes Ascomicetos
Hifas con septos Sustrato: madera , materia orgánica muerta,
estiércol, agua dulce o marina Forma líquenes en asociación con algas.
Reproducción sexual Desarrollan cuerpo fructífero
Claviceps purpura
Basidiomycetes Basidiomicetos
Hifas con septos Pared de quitina y glucosa
Sustrato: generalmente sobre materia orgánica en descomposición
Reproducción sexual Algunos son comestibles con aporte nutricional, actividades biológicas y
propiedades medicinales.
Pleurotus ostreatus
Deuteromycetes Deuteromicetos
Hifas con septos Mecanismo sexual no definido
Parásitos de plantas y animales Patógenos
Aspergillus niger
El reino fungi representa un grupo de organismos con una gran variedad de estructuras.
Dentro de ellas está el micelio que crece de sus extremidades como árboles de división
binaria (hifas), las cuales pueden presentar paredes transversales que reciben el nombre
de septos. Presentan básicamente dos tipos de morfologías: una multicelular
denominada filamentosa y otra unicelular denominada levaduriforme. Los hongos
filamentosos (miceliares o mohos), son aerobios y representan el crecimiento más común
de los hongos microscópicos (Singh, 2006). Sus requerimientos de temperatura y de pH
son poco exigentes y la mayoría crecen en un rango de pH de 2 a 9 y a temperaturas
entre 10 y 40 °C.
Con respecto a su metabolismo, los hongos no pueden fabricar su pr
encuentran en los tejidos vivos o muertos de plantas y animales (Miles & Chang, 2004)
P y
energía y el carbono de compuestos orgánicos sintetizados por otros organismos. Este
hecho condiciona su modo de vida, obligándolos a que en la naturaleza se encuentran
asociados a la materia orgánica como simbiontes, parásitos y saprófitos, participando en
los ciclos naturales de reciclado del carbono y otros elementos (Quintero, 2011).
Capítulo 2 25
Dondequiera que se encuentren, estos organismos desempeñan funciones ecológicas
significativas en virtud de su capacidad de secretar enzimas, que descomponen los
sustratos en productos orgánicos más simples. De hecho, el papel de setas y otros
hongos en los procesos de reciclaje de nutrientes, es de mayor importancia ecológica de
lo que la mayoría de la gente piensa, ya que estas características los convierte en
potenciales biodegradadores y biorremediadores de compuestos contaminantes (Bial-
Arístegui, 2002; Singh, 2006). Ya en el año 1985 se afirmaba que estos hongos, pueden
degradar una amplia variedad de contaminantes ambientales (Bumpus et al., 1985) con
estructura similar a la lignina.
Entre los hongos pertenecientes a las divisiones basidiomicetos y ascomicetos, se
encuentran aquellos conocidos como hongos de la pudrición blanca, los cuales son
considerados como los descomponedores más poderosos de la naturaleza (Adenipekun
& Lawal, 2012). Poseen un complejo enzimático que les permite degradar eficientemente
todos los componentes de las paredes celulares de la madera, es decir, la hemicelulosa,
celulosa y lignina (Quintero, 2011; Saldarriaga & Pineda, 2001), a diferencia de los
hongos de pudrición café que solamente degradan celulosa.
Algunas especies de basidiomicetos ligninolíticas, como Phanerochaete chrysosporium,
Agaricus bisporus, Trametes versicolor y Pleurotus ostreatus, han sido reportadas en
numerosos trabajos como eficientes desambladores moleculares, degradando una gran
cantidad de compuestos recalcitrantes y toxinas con estructuras similares a la lignina. Se
ha demostrado que especies del género Pleurotus pueden usarse exitosamente en la
biotransformación de plaguicidas, degradación de los hidrocarburos del petróleo y los
desechos lignocelulolíticos en la industria de la pulpa y el papel (Pointing, 2001),
transformándolos en compuestos químicos menos tóxicos.
Los hongos son especialistas en descomponer material vegetal (Mulas, 2008) y muchos
compuestos que tienen cierta similitud estructural con componentes de la misma, por lo
que son hábiles en el empleo de estos como fuente de carbono y energía (Stamets,
2005).
El Pleurotus ostreatus particularmente, ha sido objeto de investigaciones en diferentes
contextos alrededor del mundo. Se ha demostrado que esta especie es capaz de
26 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
degradar una amplia variedad de HAPs (Sack, 1993) en suelos no estériles aún en
presencia de cadmio y mercurio, así como de tener la propiedad de catalizar la
humificación de antraceno y benzo(a)pireno en suelos contaminados (Bojan et al., 1999).
Con base en estos antecedentes, en el presente trabajo, es de especial interés estudiar
la aplicación de los procesos de biorremediación sobre aquellos residuos provenientes de
la industria de los cigarrillos, los cuales presentan una amplia variedad de contaminantes
tales como: hidrocarburos derivados del petróleo (tanto alifáticos como aromáticos),
HAPs, BTEX, hidrocarburos clorados (como el PCP), bifenilos policlorados (BPCs),
pesticidas, herbicidas, insecticidas, compuestos nitroaromáticos, metales tóxicos y otros
contaminantes como compuestos organofosforados, cianuros, fenoles, etc. (Novotny &
Slaughter, 2014; Slaughter et al., 2011).
2.2 Aplicaciones ambientales de productos obtenidos con especímenes del reino Fungi
El uso de productos obtenidos del reino Fungi ha incrementado progresivamente por sus
aplicaciones medicinales, biotecnológicas y ambientales (Ghorai et al., 2009; Shu, 2007;
Singh, 2006; Zaidman et al., 2005). En la presente revisión el enfoque está dado sobre
sus usos para el tratamiento de ambientes contaminados, razón por la que a
continuación se hará una breve descripción de algunas de las aplicaciones más comunes
en esta área.
2.2.1 Micofiltración
El crecimiento vegetativo de hongos sobre sustratos de madera o fuentes de carbono
para obtener filtros biológicamente activos, hace parte de lo que hoy se conoce como
micofiltración. Es una tecnología promisoria para mejorar la biofiltración de aguas
pluviales, aguas negras y escorrentía agrícola. Estudios recientes (Taylor & Stamets,
2014) documentan que es posible eliminar aproximadamente el 20% de Escherichia coli
de aguas lluvia contaminadas usando micofiltración en diferentes condiciones de
temperatura. Adicional a esto, discuten el estado actual de la investigación, describen
Capítulo 2 27
mejores prácticas para su implementación y destacan las áreas prometedoras para el
estudio y aplicación a futuro en ingeniería ecológica.
Stamets, (2005) afirma que en los hábitats donde crecen hongos con micelio, se reduce
notoriamente el flujo de partículas a través del agua, mitiga la erosión, filtra algunas
bacterias, virus y protozoos y modula el flujo de agua a través del suelo. El uso de
membranas formadas con el micelio de los hongos, se ha implementado en granjas
suburbanas, áreas urbanas, cuencas de agua, fábricas, carreteras y hábitats dañados
para limpiar, reducir y recuperar determinados lugares de patógenos, sedimentos y
toxinas químicas.
2.2.2 Micopesticidas
La acumulación de compuestos contaminantes en la biósfera por la utilización de
pesticidas, herbicidas, insecticidas, metales, materiales sintéticos y productos
radioactivos, afectan la calidad de vida dentro del planeta. Muchos de los químicos
usados en los pesticidas para controlar la cantidad de insectos y proteger los cultivos,
especialmente los compuestos organofosforados, causan daños no específicos en los
organismos vivos, contaminan el agua y afectan la salud humana.
Hoy en día está prohibido el uso de muchas de estas sustancias y limitado el uso de
pesticidas considerados como tóxicos (EPA, 2004). Con el objetivo de encontrar
alternativas para esta problemática, se vienen desarrollando métodos para el control de
insectos ecológicamente amigables, enfocados en la utilización de los llamados
biopesticidas.
Es conocido que cientos de especies de hongos entomopatógenos, atacan a una gran
variedad de insectos. Esta relación hongo/insecto es bastante compleja, razón por la cual
ñ 90’ v ión en este
campo se ha hecho más fuerte y en adelante las patentes de micopesticidas han
aumentado considerablemente (Adenipekun & Lawal, 2012).
Dicha relación entre los organismos, ocurre cuando los insectos entran en contacto con
las esporas del hongo. Éstas se unen a los insectos y germinan, perforando a través del
28 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
exoesqueleto del insecto usando enzimas que disuelven la quitina. Los hongos también
interactúan con los insectos a través del tracto respiratorio, el ano y la boca. Una vez
dentro, el micelio se bifurca y corre a través de los órganos internos, interfiriendo con el
metabolismo de la criatura, causando malestar, necrosis y la muerte en pocos días
(Deshmukh et al., 2016; Goltapeh, 2013)..
Uno de los casos más comunes ocurre entre la especie Cordyceps lloydii y la hormiga
Camponotus sp. La hormiga, una vez infectada, tiene el irresistible impulso de subir a la
cima de los árboles, luego de haber ascendido, entierra su mandíbula en una hoja, muere
y posteriormente el hongo brota de su cadáver. Este comportamiento asegura que las
esporas del hongo se extiendan por los vientos y continúe el ciclo reproductivo y
disminuye a su vez la población de dicho insecto.
Stamets, (2005) afirma que los biopesticidas, especialmente los que involucran hongos,
no representan un daño ambiental persistente en contraste con los tratamientos químicos
convencionales, con pesticidas que causan daños a largo plazo en las diferentes
matrices ambientales.
2.2.3 Micorreforestación
Como se ha mencionado, los hongos intervienen en los ciclos biogeoquímicos de
elementos como C, O, N y P, regulando el flujo de nutrientes y energía, confiriéndole
grandes beneficios ecológicos al lugar en donde crecen. La micoreforestación, es una
técnica de reciente aparición, basada en la rama de las prácticas ecoforestales. Se
enfatiza en el papel benéfico de los hongos utilizado para mantener comunidades
forestales o bien acompañar la preservación de bosques nativos, recuperar y reciclar
restos de árboles, mejorar los procesos de replantado y fortalecer la sostenibilidad de los
ecosistemas (Stamets, 2005).
Las setas de Termitomyces, por ejemplo, forman asociaciones simbióticas con las
termitas, las cuales son importantes ecológica y económicamente. Ellas tienen una
relación simbiótica con los hongos, recogiendo madera y materia orgánica para llevarla a
sus nidos, como alimento y uso para sus crías, y los residuos son aprovechados por el
hongo el cual incorpora algunos de los nutrientes a través de sus micelios y recicla otros
Capítulo 2 29
en el suelo, siendo esto a su vez aprovechado por cultivadores de hongos para la
obtención de abono.
2.2.4 Micorremediación
El uso de géneros bacterianos en los procesos de biorremediación sobre diferentes
matrices ha sido ya bastante estudiado. La mayoría de los procesos involucrados en
biorremediación, utilizan organismos procariotas como bacterias y plantas y son
fácilmente aplicables sobre matrices sólidas a través de biorreactores, biopilas,
compostaje, landfarming, etc. Estas medidas biocorrectivas, en la actualidad ya están
establecidas, han sido evaluadas y se aplican en diferentes contextos de
descontaminación (Reddy et al., 1982; Cerniglia, 1984; Cerniglia, 1992; Wilson & Jones,
1993; Kanaly & Harayama, 2000; Johnsen et al., 2005; entre otros).
La biorremediación fúngica, también conocida como micorremediación, es el uso de
hongos para degradar o remover toxinas del ambiente. En suelos contaminados, su
práctica involucra la siembra de micelios, su introducción sobre un material soporte de
origen vegetal y la estimulación selectiva del desarrollo de especies autóctonas o
combinación de estas estrategias (Medaura, 2013). De igual forma se han empleado
consorcios de origen natural de bacterias, hongos y/o plantas para mejorar dichos
procesos (Giubilei et al., 2009), aplicados principalmente en el sitio de la contaminación.
El estudio de los hongos como biorremediadores, es un campo menos explorado que con
otros organismos, pero ha venido tomando fuerza desde ñ 90’ (Aust
& Benson, 1993) y por ende el número de publicaciones ha aumentado
considerablemente en la última década. Con respecto a la dilucidación de las rutas
metabólicas para la transformación de compuestos químicos contaminantes, es un
campo en desarrollo que, si bien se ha trabajado, los mecanismos aún son de carácter
propositivo y no tanto demostrativo.
Los tratamientos que emplean hongos, ofrecen la posibilidad de ampliar la gama de
tratamientos existentes, a través de la biodegradación de contaminantes que no pueden
ser removidos por procariotas o por medios químicos (Pointing, 2001; Singh, 2006). Las
vías metabólicas en función de la degradación de diferentes compuestos químicos, han
30 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
sido reportadas en numerosos trabajos especialmente en aquellos relacionados con
HAPs (Bezalel et al., 1996; Cerniglia, 1984, 1992, 1993, 1997).
Un caso específico de micorremediación lo reportaron Bezalel et al. (1996), quienes
proponen una ruta metabólica para la transformación, mediada por el P. ostreatus, del
fenantreno en un compuesto de carácter polar y, por tanto, más hidrosoluble, así como
su posterior mineralización a CO2 (figura 2-9). Con este proceso se logró metabolizar en
un periodo de 11 días un 94% del hidrocarburo que había sido previamente añadido al
medio.
Figura 2-1: Vía metabólica propuesta para la transformación del fenantreno en cultivos de P. ostreatus
De igual forma se ha establecido que la micorremediación también es útil para el
tratamiento de bifenilos policlorados, dioxinas, residuos de destilería, pesticidas, fenoles,
clorofenoles y colorantes sintéticos, a través de mecanismos de biotransformación y
mineralización. Las rutas metabólicas propuestas se muestran detalladamente en Singh,
(2006). Otro ejemplo de aplicación de esta técnica, es la eliminación de metales pesados
de la tierra (como cadmio, cobre, mercurio, plomo y zinc) mediante la traslocación a los
cuerpos fructíferos (Joshi et al., 2011; Damodaran et al., 2014) y su posterior
acumulación (Bioacumulación).
Capítulo 2 31
Las rutas que se proponen en la literatura están guiadas por una serie de reacciones
químicas asociadas al complejo enzimático que poseen los hongos. Este complejo le
confiere a los hongos la propiedad de biotransformar o mineralizar una gran cantidad de
sustancias químicas contaminantes, como se verá en el siguiente numeral con más
detalle.
2.2.5 Complejo enzimático de los hongos
Los hongos de la pudrición blanca, sobre los cuales se prestará mayor atención para la
revisión de sus características como organismos biorremediadores, poseen tres
principales sistemas enzimáticos empleados para la degradación de contaminantes
ambientales: las lignino peroxidasas, las manganeso peroxidasas y las lacasas (Quintero,
2011; Kirk et al., 1992; Aust & Benson, 1993; Barr & Aust, 1994; Lee et al., 2014;
Rhodes, 2014; Deshmukh et al., 2016).
Estas enzimas, rompen los enlaces carbono-carbono y carbono-oxígeno de la lignina o
de los compuestos considerados como xenobióticos, dependiendo del caso, permitiendo
la formación de estructuras más sencillas y de alguna manera menos contaminantes,
modificando su solubilidad o estabilidad. Las estructuras de algunos monómeros de la
lignina y otros compuestos que pueden ser transformados por las enzimas de los hongos,
se observan en la figura 2-2 (Pointing, 2001).
Figura 2-2: Compuestos que pueden ser mineralizados por el sistema enzimático ligninolítico de hongos de podredumbre blanca
32 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
Tomada de: Pointing, 2001
Los radicales libres generados por las enzimas LiP y MnP hacen parte del sistema de
degradación de la lignina (SDL) en el cual se realizan ataques oxidativos a moléculas
orgánicas (Drevinskas et al., 2016; Hansen, 2012; Jebapriya et al., 2013; Kirk et al., 1992;
U.S. EPA, 1995). Generalmente este SDL es inducido por deficiencia o limitación de
nutrientes, principalmente nitrógeno y carbono en el medio sobre el cual crece el hongo.
Este es el mecanismo ligninolítico más ampliamente estudiado y usado en
biorremediación (Quintero et al., 2006), pues se ha demostrado que este sistema
interviene en la oxidación de un número importante de xenobióticos como hidrocarburos
aromáticos policíclicos, tintes sintéticos y naturales y algunos plaguicidas como el
pentaclorofenol. La reacción general de las peroxidasas, para la formación de radicales a
partir de compuestos orgánicos se muestra a continuación:
H2O2 + 2R + 2H+ 2H2O + 2R.+
La LiP puede ejercer por sí misma la acción oxidativa o formar radicales libres a partir de
algunos compuestos orgánicos como el alcohol veratrílico (AV) o el dimetoxibenceno
(DMB) de manera análoga a como ocurre con las MnP (Cameron et al., 2000). Estos
radicales libres, son sustancias altamente oxidantes que pueden difundirse y penetrar en
matrices en las que las propias enzimas (MnP y LiP) no lo pueden hacer y así aumentar
la biodisponibilidad de sustratos y xenobióticos implicados en este tipo de metabolismo
Capítulo 2 33
microbiano. Los ciclos catalíticos de las enzimas peroxidasas (LiP y MnP) en su reacción
con H2O2 para formar los radicales libres Mn+3 y AV+ se presentan a continuación:
Tabla 2-2: Ciclo de reacciones para las enzimas MnP y LiP
Ciclo de las Manganeso
Peroxidasas
Ciclo de las Lignino
Peroxidasas
Adaptada de: Quintero et al., (2006)
El mecanismo de radicales libres, por otra parte, proporciona la base para la naturaleza
inespecífica de la degradación de una variedad de contaminantes estructuralmente
diversos, obviando la necesidad de que estos organismos se adapten al producto
químico que está siendo degradado (Gadd, 2001; Reddy & Gold, 2001). En la figura 2-3
se muestra la ruta propuesta por varios autores para la producción de OH- por la LiP.
Figura 2-3: Propuesta para la producción de OH- por la LiP
Tomada de: (Barr & Aust, 1994)
En cuanto a la actividad de la Lac. se ha demostrado en muchas especies de hongos
pertenecientes a los Ascomicetos y Basidiomicetos, en particular a los hongos de la
pudrición blanca (Goltapeh, 2013). Son enzimas fenol-oxidasas extracelulares llamadas
también multicobre oxidasas u oxidorreductasas de cobre azul, capaces de catalizar la
oxidación de polifenoles, fenoles metoxi-sustituidos, diaminas aromáticas y otros
compuestos, usando O2 como oxidante (Canas & Camarero, 2010). Recientemente han
llamado la atención por su capacidad para degradar contaminantes recalcitrantes, como
34 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
el pireno (Anastasi et al., 2009b), el benzo(a)pireno (Li et al., 2010) y el criseno
(Nikiforova et al., 2010).
De acuerdo con la literatura revisada, las enzimas extracelulares no son las únicas que
contribuyen en la degradación de contaminantes. Para el caso de compuestos tales
como el fenantreno, benzo(a)pireno y el DDT, estos son degradados por el complejo
citocromo P-450 monooxigenasas (Quintero, 2011) a través de la reacción general
propuesta por el autor, como se muestra a continuación:
RH + O2 + 2H+ + 2e- ROH + H2O
En la figura 2-4 se muestra cómo es el ciclo catalítico del complejo cotocromo P-450
monooxigenasas. Se conoce que estas enzimas oxidan más de 200.000 sustancias
químicas exógenas y endógenas diferentes, siendo altamente específicas en procariotas
e inespecíficas en eucariotas. Este complejo puede ser entendido como una súper familia
de biocatalizadores que introducen un átomo de oxígeno en un amplio rango de
moléculas para producir un epóxido (Quintero, 2011).
Figura 2-4: Ciclo catalítico de las enzimas citocromo P-450 monooxigenasas
Fuente: (Jerina, 1983)
En el ciclo catalítico la enzima citocromo P-450 reductasa y su cofactor NADPH
intervienen en el transporte de electrones. Algunos epóxidos son inestables y, a menudo,
sufren reacciones de reordenamiento a fenoles o una hidratación enzimática generando
Capítulo 2 35
trans-dihidrodioles (Cerniglia, 1992). El hongo de la pudrición blanca P. chrysosporium
produce el alcohol veratrílico a partir de la lignina o la glucosa (Gilardi, 1990) siento este
un organismo importante y comúnmente usado en biorremediación.
En la tabla 2-5 se hace una lista de algunas especies que han demostrado tener
actividad enzimática para la degradación de diferentes compuestos, considerados como
tóxicos para el ambiente (Stamets, 2005).
Tabla 2-3: Hongos con actividad degradadora de compuestos tóxicos
Tomada de: (Stamets, 2005)
Como se observa, el Pleurotus ostreatus y el Trametes versicolor (hongos de pudrición
blanca), tienen la habilidad de degradar una mayor cantidad de contaminantes, debido a
36 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
que son capaces de transformar, a través de la mineralización y biotransformación una
amplia gama de contaminantes orgánicos altamente recalcitrantes con similitudes
estructurales a la lignina. Por las razones anteriores, en la parte experimental que se
realizó en el presente trabajo, se empleó una cepa de P. ostreatus.
2.2.6 Ventajas y limitaciones del empleo de la micorremediación
A pesar de que los hongos no utilizan los compuestos contaminantes como única fuente
de carbono y energía, a diferencia de las bacterias, éstos son fuertemente competentes
en cometabolismo y bioacumulación. Los hongos facilitan la estrategia de
bioaumentación a través del consorcio con bacterias, las cuales permiten que los
metabolitos polares y reactivos producidos por los primeros, sean susceptibles de ser
metabolizados por las segundas, llegando a mineralizar o detoxificar compuestos
contaminantes a subproductos completamente inocuos (Medaura, M., 2013).
De acuerdo a lo mencionado en las páginas anteriores, el uso de hongos basidiomicetos
en la aplicación de un proceso de biorremediación, representa ciertas ventajas con
respecto a las bacterias y plantas puesto que, además de poseer el complejo enzimático,
tienen una mayor tolerancia a concentraciones considerablemente altas de
contaminantes y una destacada capacidad para crecer a diferentes valores de pH.
La extensión de las hifas desarrolladas por los macromicetos, les permiten alcanzar
contaminantes en el suelo, que no están biodisponibles para ser biodegradados por otros
organismos. Aunado a esto, por el requerimiento de sustratos ligninocelulósicos para su
crecimiento, es posible adicionar a los sitios contaminados residuos de muy bajo costo
como viruta de madera, carozo de maíz o paja de trigo, para promover su crecimiento,
provocar la secreción de enzimas (Chegwin, 2010) e incrementar la degradación de los
contaminantes (Aust & Benson, 1993), (Barr & Aust, 1994).
Si bien el uso de hongos en procesos de biorremediación representa grandes ventajas,
cabe reconocer que, también tiene ciertas desventajas como cualquier proceso de
descontaminación. Sin embargo, el estudio y avances e investigación en el tema es
bastante valioso y aporta información relevante para el manejo de sustancias de manera
más limpia o amigable con el ambiente. En la tabla 6 se hace un comparativo de los
Capítulo 2 37
aspectos positivos y negativos en el uso de hongos en los procesos de biorremediación
frente a otros organismos.
Tabla 2-4: Ventajas y desventajas de la utilización de hongos en los procesos de biorremediación
VENTAJAS DESVENTAJAS
La naturaleza extracelular de sus enzimas (Lacasa, LiP, MnP) hace que la acción degradativa sea superior sobre las bacterias.
La inoculación del micelio sobre sustratos pobres en materia orgánica puede dificultar su crecimiento por la demanda de alimento.
Su crecimiento y productividad no se ve inhibido por la presencia de concentraciones elevadas de metales tóxicos como el mercurio.
Posibles dificultades en el cultivo y producción por competencia con otros hongos y microorganismos, ya que la mayoría de los micoextractores no son altamente competitivos (Alonso, 2007).
Las especies màs acumuladoras, especialmente el género Agaricus, poseen una capacidad de acumulación de metales como cadmio o mercurio superior a la de las plantas.
Obtener altas producciones de carpóforos en condiciones ambientales no controladas, dificulta la producción en condiciones de campo.
Especies como Agaricus macrosporus o Agaricus arvensis son perfectamente cultivables con altas producciones de carpóforos (cuerpos reproductivos).
La contaminación sobre un sustrato líquido es más eficiente con el uso de bacterias, quienes son las responsables de la mayor parte de la degradación de compuestos en aguas contaminadas.
Están presentes en sedimentos acuáticos y en hábitats terrestres, aunque al ser especialistas en descomponer materia vegetal, crecen en su mayoría sobre suelos.
La extrapolación de las condiciones de laboratorio puede dificultarse si no se controlan las variables o se adecúan previamente.
El cuerpo constituido por hifas es más pequeño en diámetro que las raíces de las plantas, por lo que la infiltración del hongo al sustrato es superior
Las rutas metabólicas en géneros bacterianos han sido bastante estudiadas, sin embargo en hongos hasta ahora se vienen determinando.
2.2.7 Estudios de caso
Según la U.S. EPA, los sitios de conservación de la madera son uno de los espacios en
donde se aplican con más frecuencia los procesos de biorremediación. Los
contaminantes típicamente encontrados allí incluyen HAPs (de 2 a 5 anillos) y PCP.
Este tipo de compuestos han sido catalogados por la Agencia de Protección Ambiental
de los Estados Unidos y la Comunidad Europea como contaminantes prioritarios (U.S.
EPA, 1995). Son compuestos orgánicos hidrofóbicos con alto grado de mutagenicidad y
toxicidad que, debido al desarrollo industrial de las últimas décadas, han sido liberados
en el medio ambiente a gran escala.
38 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
En el documento publicado por esta misma agencia (U.S. EPA, 2001) se recopila una
gran cantidad de datos sobre el rendimiento de la biorremediación en tratamientos ex-
situ, tratamiento de suelos, biorremediación en fase de purga y de compostaje. Cabe
resaltar de este trabajo que la aplicación de proyectos de biorremediación, redujo
considerablemente las concentraciones de HAPs en suelos y lodos. Las metas de
limpieza para los HAP se cumplieron para 3 de los 4 proyectos de tratamiento de la tierra.
Pointing (2001), discute acerca de la viabilidad del uso de hongos en el tratamiento de
diferentes contaminantes. La revisión presenta de manera detallada, pruebas, a escala
de laboratorio (in vitro), de que las enzimas extracelulares que secretan los hongos, son
capaces de transformar, a través de la mineralización, una amplia variedad de
contaminantes orgánicos altamente recalcitrantes con similitudes estructurales a la
lignina (su principal fuente de carbono y energía).
Este autor, presenta pruebas de la participación de enzimas fúngicas en la degradación
de residuos de municiones, plaguicidas, BPCs, HAPs, efluentes de plantas de blanqueo,
colorantes sintéticos, polímeros sintéticos, y conservantes de la madera.
Quintero (2011), menciona algunos trabajos desarrollados en el tratamiento de un gran
número de compuestos contaminantes por medio de la biorremediación, que involucran
mecanismos relacionados con la biotransformación. En la revisión se resalta la habilidad
del hongo Phanerochaete chrysosphorium como potencial degradador y biotransformador
de insecticidas, como Aldrín y Endosulfán en compuestos menos tóxicos como dieldrín y
endosulfan diol, respectivamente. La ruta metabólica ha sido propuesta por Kullman &
Matsumura (1986), quienes demostraron que este hongo tiene la capacidad de oxidar y
también hidrolizar directamente estos pesticidas.
El metabolismo tiene lugar bajo condiciones ligninolíticas y no ligninolíticas las cuales
activan las dos vías de degradación que se muestran en la figura 6. Los productos de
transformación incluyen endosulfán sulfato, endosulfán diol, endosulfán hidroxieter y
endosulfán dialdehído.
Capítulo 2 39
Figura 2-5: Vía metabólica para la biodegradación del insecticida Endosulfan por P. chrysosporium
Las líneas sólidas indican el metabolismo principal, las líneas punteadas son vías metabólicas menos
probables.
En aguas residuales provenientes de plantas eléctricas, de pintura e industrias de curtido,
contaminadas con metales pesados como Pb, Cd, Cr y Ni, Joshi et al. (2011) reportan
resultados, en los que se afirma que hubo eliminación de una cantidad sustancial de
metales pesados por algunos de los hongos aislados en el estudio. Se afirma que
especies como Phanerochaete chrysosporium, Aspegillus awamori, Aspergillus flavus y
Trichoderma viride, tienen tolerancia a concentraciones de hasta 400 ppm de dichos
metales. Los autores reportan una absorción máxima de 59,67 y 16,25 mg/g de Pb+3 por
Aspergillus terreus y Trichoderma viride, 0,55 de Cr+8 por Trichoderma longibrachiatum y
el aislamiento de Ni27 por A. Niger.
Lo anterior indica que los microorganismos y, particularmente los hongos, tienen gran
potencial como biosorbentes de metales pesados, así como para la remoción de los
mismos en aguas residuales y efluentes industriales con altas concentraciones de
metales, como los que se pueden producir en la industria del tabaco durante la
fabricación de los cigarrillos y los lixiviados cuando las colillas entran en contacto con el
agua (Micevska et al., 2006).
40 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
En la figura 2-6 se observa un esquema de los principales procesos que influyen en el
destino de este tipo de compuestos y que pueden ser tratados por procesos biológicos
con bacterias, algas u hongos hasta su transformación o mineralización. Se muestra un
esquema de las etapas iniciales en las vías microbianas para la oxidación de HAPs,
propuesta por Cerniglia, (1984, 1992, 1993, 1994).
Figura 2-6: Etapas iniciales en las vías microbianas para la oxidación de hidrocarburos
aromáticos policíclicos.
Tomado de: Cerniglia, (1993)
De acuerdo con la figura, las bacterias oxidan inicialmente los hidrocarburos aromáticos a
cis-dihidrodioles, lo que implica la incorporación de oxígeno en el sustrato y posterior
producción de dioxigenasas, que incorporan dos átomos de oxígeno en el núcleo
aromático. La oxidación adicional conduce a las formación de catecoles provocando el
rompimiento del anillo aromático y estos a su vez se pueden oxidar por dos vías (orto y
meta), para la obtención de compuestos intermedios del ciclo del ácido tricarboxílico
(ácidos cis-mucónico, succínico, fumárico, pirúvico y acético) y aldehídos, todos ellos
utilizados por el microorganismo para la síntesis de constituyentes celulares y energía
(Wilson & Jones, 1993).
Capítulo 2 41
Un subproducto de estas reacciones es la producción de dióxido de carbono y agua. Por
lo general, parece que la oxidación intracelular y la hidroxilación de los HAP en las
bacterias es un paso inicial en la preparación de la fisión del anillo y la asimilación de
carbono, mientras que en los hongos es un paso inicial en la detoxificación (Cerniglia,
1984)
Sobre la base de una revisión de la literatura reciente y los antecedentes encontrados
desde que se empezaron a desarrollar y aplicar los procesos de biorremediación en sitios
contaminados, la investigación en este tema resulta sumamente útil para mejorar el
tratamiento de una gran cantidad de xenobióticos. Como se ha visto, diferentes
organismos poseen la capacidad de degradar este tipo de compuestos, entre los cuales
se destaca el potencial de los hongos para metabolizar compuestos HAPs, por lo que
resulta fundamental aislarlos, caracterizarlos y seguramente analizar los genes que
codifican las enzimas involucradas en la degradación.
El conocimiento de sus mecanismos de expresión a nivel molecular, su caracterización
cinética en ambientes similares a los encontrados en suelos y aguas contaminadas, así
como profundizar en los estudios relacionados con los mecanismos específicos para la
degradación de contaminantes, permitirá disponer de una nueva herramienta que brindan
estos maravillosos organismos, para reducir los efectos antropogénicos de las diferentes
actividades agrícolas, urbanas e industriales, como el caso de aquellos relacionados con
la industria del cigarrillo, sobre las cuales se precisará a continuación.
3. Cigarrillo
3.1 Generalidades
El cultivo y consumo de las plantas del género Nicotiana se remonta hace unos 3,000
años atrás. Los antiguos habitantes de América las utilizaban principalmente con fines
y S z ñ 50’ J
Nicot, a quien se le atribuye el nombre de la planta y de su componente activo (Rubio &
Rubio, 2006). Desde entonces, la comercialización del tabaco en forma de cigarrillo y la
cantidad de personas que lo consumen ha venido en aumento. En la actualidad se
estima que unos 1,300 millones de personas fuman en el mundo (Novotny et al., 2015).
Este producto de consumo masivo, con efectos estimulantes y sedantes, afecta la salud
no solo de quienes lo consumen, sino de aquellos considerados como fumadores
pasivos. Además es considerado como una fuente significativa de contaminación
ambiental (Healton et al., 2011; Martín, 2004; Talhout et al., 2011).
Existen cuatro variedades de Nicotiana: brasiliensis, havanensis, virginica y pu p e . En
la elaboración del cigarrillo, el tabaco recolectado de los cultivos se mezcla con diferentes
sustancias aromatizantes y se expone al aire o calor artificial. A la hoja obtenida se le
añaden aditivos para mejorar el sabor y otras características (Martín, 2004). La mezcla se
pone dentro de un cilindro de papel generalmente de celulosa, pasta de cáñamo o de
lino, al que se le coloca en un extremo un filtro de mayor o menor porosidad, hecho en un
principio de algodón, en la actualidad de acetato de celulosa (AC) y a veces acompañado
de una fina capa de carbón activado (Zaragoza, 1980).
Se pueden distinguir entonces, tres partes básicas en un cigarrillo: 1) la columna o varilla
de tabaco, 2) la zona de filtración, también conocida como boquilla o filtro y, 3) el papel
Capítulo 3 43
que lo envuelve. En la figura 3-1 se observan estas partes y otras más específicas
publicadas por la marca Philip Morris.
Figura 3-1: Partes del cigarrillo
Tomada de: Tomado de: Philip Morris International Management SA
En la actualidad, la Philip Morris International Management SA, Lorillard y la British
American Tobacco, son las marcas más representativas en la industria encargadas de la
manufactura del cigarrillo. Empresas como DuPont, Dow, Celanese y la corporación
Kimberly-Clark hacen parte de la industria particularmente en lo que refiere a insumos de
filtros y envolturas de papel.
Dependiendo del tipo de cigarrillo y de quién lo fabrica, los componentes son modificados
tanto cualitativa como cuantitativamente. Estos aditivos están directamente relacionados
con la producción de sustancias secundarias durante la combustión y consecuente
formación de residuos tóxicos y/o contaminantes que, como se verá, tienen un efecto
importante sobre el consumidor y el medio ambiente.
44 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
3.2 Sustancias químicas que contiene el cigarrillo
Se estima que gran parte de las sustancias utilizadas en el cultivo del tabaco y la
fabricación de los cigarrillos, son las responsables de la formación de aproximadamente
5,000 compuestos cuando el cigarrillo entra en combustión (Fowles et al., 2000b;
Hoffmann, D., 2001; Hoffmann et al., 1997; Schmeltz et al., 1978).
Según datos del Departamento de Salud y Servicios Humanos de los Estados Unidos
(USDHHS, 2010) estas sustancias tienen potenciales efectos carcinogénicos,
cardiovasculares y respiratorios en los humanos, 98 de ellas representan un riesgo para
la salud por inhalación y de acuerdo con la Agencia Internacional para la Investigación
del Cáncer (IARC), 45 de ellas son conocidas como agentes carcinogénicos (como la
nicotina, el benzopireno, la acroleína y nitrosaminas); de hecho se sabe que la planta por
sus características particulares, puede incluso acumular compuestos radiactivos como
plomo-210 y polonio-210 en cantidades que ponen en riesgo la salud (Lecours et al.,
2012)
Según la Unión Europea, está permitido añadir aproximadamente 600 sustancias a los
productos del tabaco, todas ellas consideradas por la i “ ”
ser humano cuyas funciones principales son tres: aumentar la absorción de la nicotina
del tabaco, aumentar la adicción de los consumidores y modificar el sabor y el aroma de
los cigarrillos (Bates et al., 1999). El amoniaco, endulzantes como jarabe de sacarosa y
el mentol cumplen con estos objetivos (Connolly et al.,, 2000).
Aunque en la literatura no se reportan estudios particulares para la caracterización
detallada de cada uno de los aditivos, ni su función específica, Hoffmann et al., (1997) y
Fowles et al., (2000), aportan información relevante con datos de concentración y riesgos
de toxicidad de una gran cantidad de sustancias químicas encontradas en los cigarrillos,
en el tabaco y mayoritariamente en el humo del cigarrillo, tanto en la corriente principal
(humo inhalado por le fumador), como en la corriente secundaria (humo inhalado por el
fumador pasivo). Esta lista permite tener datos de referencia para reconocer cuáles de
ellos son prioritarios para ser regulados, establecer estrategias de reducción de los
mismos y reconocer su nivel de toxicidad y potencial riesgo carcinogénico en humanos.
Capítulo 3 45
Entre las sustancias reportadas, se encuentran principalmente: HAPs, cianuros, nitratos,
amonio, acetaldehído, formaldehído, benceno, fenoles, piridinas, nitrosaminas, dioxinas,
furanos y metales. Los potenciales riesgos como cancerígenos reportados para algunas
de estas sustancias se muestran en las tablas 3-1 y 3-2, adaptada del mismo estudio.
Tabla 3-1: Constituyentes tóxicos de la corriente principal del humo del cigarrillo fumado bajo condiciones estándar que inciden en el padecimiento de cáncer
Sustancia Química en la corriente
principal
Riesgo de cáncer (cigarrillo/día)*
1,3-butadieno 8.6 x10-04
Dioxinas cloradas 7.0 x10-05
Acrilonitrilo 6.4 x10-05
Arsénico 6.0 x10-05
Acetaldehído 4.9 x10-04
5
Benceno 3.3 x10-05
N-Nitrosonornicotina 3.0 x10-04
6
Formaldehído 5.0 x10-04
6
Benzo(a)pireno 2.8 x10-07
Níquel 7.2 x10-08
Tabla 3-2: Constituyentes tóxicos de la corriente secundaria del humo del cigarrillo
fumado bajo condiciones estándar que inciden en el padecimiento de cáncer
Sustancia Química en la corriente secundaria
Escala de riesgo relativo
**
Clasificación según IARC/USEPA (1999)
***
1,3-butadieno 100% 2A
Acrilonitrilo 13.3% 2B
N-Nitrosonornicotina 10.7% 2B
Benceno 4.2% 1
N-Nitroso-dimetilamina 3.5% 2A
Dioxinas y Furanos clorados 3.0% 1
Acetaldehído 2.4% 2B
Formaldehído 1.3% 2A
Cromo 0.43% 1
Benzo(a)pireno 0.09% 2A
*Las estimaciones de riesgo se calculan sobre una base de cigarrillos/día para una persona de 70 kg con tabaquismo
durante 35 años con un promedio de 70 años de vida y absorción del 100% de las mediciones de entrega de humo en
condiciones estándar.
46 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
** El riesgo relativo es proporcional a la relación de concentraciones reportadas en los niveles de exposición de referencia
suponiendo un promedio de 20m por día. La escala se normaliza a la sustancia química con mayor riesgo al 100%.
*** Clasificación según la IARC/USEPA:
1: Conocido como carcinogénico en humanos.
2A: Probables carcinógenos humanos.
2B: Posibles carcinógenos humanos.
3: No clasificables como carcinógenos humanos.
3.3 Residuos sólidos generados por el consumo del cigarrillo
Las consecuencias de la producción y uso del tabaco para la salud han sido bastante
estudiadas, pero menos reconocidos son los impactos ambientales. Estos últimos van
desde el proceso de cultivo de la planta, con la deforestación, el uso de pesticidas y la
contaminación de los diferentes compartimentos ambientales, pasando por su producción
que genera un gasto energético, así como el uso de sustancias químicas para modificar
la hoja de tabaco (curado) y finalmente su consumo por la producción de residuos tanto
gaseosos como sólidos. Han despertando el interés en la comunidad científica
considerando la cantidad de cigarrillos que se producen y se consumen anualmente en el
mundo.
Se consideran como residuos a todos aquellos restos y sobrantes que quedan del
consumo que el ser humano hace de determinado producto y es descartado, por haber
cumplido con su función. Los productos de desecho para este caso particular son las
colillas, los paquetes, las envolturas de celofán y los cartones, todos ellos formas
omnipresentes de basura (Smith & McDaniel, 2011). Estos residuos son claramente
visibles en especial en zonas de una alta concentración de la población, como ciudades
principales, zonas sociales, parques, playas, etc.
Al respecto, otros estudios como el reportado por Novotny & Zhao, (1999) mencionan
una larga lista de la cantidad de cartones, filtros y paquetes producidos en 49 países, con
el fin de estimar el total de residuos producidos en el mundo. Se utilizaron los datos del
Proyecto de Limpieza Costera Internacional del Centro para la Conservación Marina,
para describir algunos impactos ambientales de basura relacionada con el tabaco, así
como datos del inventario de emisiones de tóxicos de la U.S. EPA y los totales mundiales
Capítulo 3 47
de consumo de cigarrillos para estimar la producción de desechos de la fabricación de
cigarrillos.
Un estudio publicado en 2011 en la ciudad de San Francisco, resume los resultados de
mediciones (considerando el peso y volumen) hechas durante un mes en jornadas de
limpieza manual en diferentes playas y calles del lugar. En la tabla 3-1 se muestran los
porcentajes para los residuos más comunes encontrados, y de su análisis se puede
inferir que nuevamente se encuentran los productos de tabaco entre los desechos más
abundantes, ocupando el segundo lugar, resultados similares fueron encontrados en
Japón en un trabajo publicado por (Moriwaki et al., 2009) así como por la Ocean
Conservancy (2014), quien se encarga de realizar campañas anuales de limpieza en las
costas de Estados Unidos, al igual que algunas organizaciones ambientales en Australia
e Italia.
Tabla 3-3: Prevalencia de los desechos reportados en las calles de la ciudad de San
Francisco, 2009
Estos últimos hacen especial énfasis en las CC recolectadas en un solo día de limpieza
en Australia (figura 3-2), con porcentajes que están casi al mismo nivel de otras formas
de residuos, consideradas como comunes, como el caso de las bolsas plásticas de
supermercado.
CATEGORÍA PORCENTAJE
Vidrio 37.5%
Productos del Tabaco 24.6%
Papel 16.6%
Plásticos Pesados 6.6%
Envolturas 3.6%
Películas de Plástico 3.0%
Metales (No Al) 2.4%
Aluminio 1.8%
Otros materiales 1.2%
Espumas de Polietileno 1.0%
Tapas de Botellas 0.6%
Caucho 0.5%
Pitillos 0.5%
Espuma de polipropileno 0.1%
TOTAL 100%
48 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
Figura 3-2: Residuos recolectados en un día de limpieza en Australia.
Fuente: Australia Beautiful National Association.
3.4 Las colillas de cigarrillo
U 5’535 059 y 4’584 131
filtros de cigarrillos producidos anualmente, representa una cantidad bastante
considerable más aún si se tiene en cuenta su impacto en el ambiente.
Aproximadamente 767 millones de kilogramos de colillas de cigarrillos son desechadas
casi de manera indiscriminada en exteriores, causando la liberación de las sustancias
tóxicas y contaminantes al suelo, aire y fuentes hídricas.
Para el caso de Colombia, se sabe que 19,800 millones de cigarrillos son consumidos al
año, de los cuales el 85,1% corresponde a cigarrillos con filtro (16,859 millones de filtros),
99 millones de cartones y 990 millones de paquetes. En Bogotá se realizó un estudio, en
el que se estimó la cantidad de colillas de cigarrillo desechadas en las calles en 5 zonas
sociales nocturnas de la ciudad y recolectadas únicamente de jueves a sábado durante 4
horas (Lozano-Rivas et al., 2015).
En el mismo estudio, se reporta que anualmente se producen 94,9 millones de CC, lo
equivalente a 14.514,956 Kg, esto corresponde únicamente entre 13-19 % de los
cigarrillos consumidos en la ciudad, lo que representa un impacto ambiental alarmante,
teniendo en cuenta que en Bogotá la precipitación es alta provocando la formación de
lixiviados de sustancias nocivas para los recursos hídricos urbanos, afectando su calidad.
Capítulo 3 49
Aunque los componentes de papel y tabaco son biodegradables, los filtros y las
envolturas de plástico se mantienen en el medio ambiente durante largos períodos de
tiempo. El acetato de celulosa del que están hechos los filtros de cigarrillo puede persistir
durante 18 meses o más (hasta 10 años), dependiendo de las condiciones ambientales
(Smith & McDaniel, 2011).
Se han adelantado investigaciones para el mejoramiento de la biodegradación de este
material (Hon, 1977), sin embargo, el verdadero problema radica en la gran cantidad de
colillas que se desechan al año y por supuesto en la inadecuada disposición de este
residuo. Resulta común arrojarlas en las calles provocando un alto impacto visual y
suponiendo de igual manera un alto costo de limpieza. De hecho se han encontrado
colillas de cigarrillo casi intactas en el estómago de diferentes especies de animales
(Moerman & Potts, 2011; Moriwaki et al., 2009; Slaughter et al., 2011).
En la mayoría de estudios enfocados en la composición de este desecho, se han
identificado residuos de pesticidas, nicotina, mentol, dietilenglicol, y metales (como Al,
Ba, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Sr, Ti, y Zn). Afridi, et. al; en el 2013 determinaron
concentraciones de Cd, Ni y Pb en los intervalos de 1,73-2,02, 0,715-1,52 y 0,78-1.16
μ / v ( y z
marcas. El objetivo del estudio era demostrar la incidencia de la exposición a elementos
tóxicos a través del tabaquismo sobre los efectos en la salud de pacientes con
hipertensión. Los resultados mostraron que los valores medios de Cd, Ni y Pb, fueron
significativamente mayores en muestras de pacientes hipertensos en relación con los
controles sanos, mientras que la diferencia fue significativa en el caso de los pacientes
fumadores (p>0,001).
Como conclusión se tiene que la alta exposición de los elementos tóxicos, como
resultado del tabaquismo, puede ser sinérgica con los factores de riesgo asociados con
la hipertensión, hecho que resulta preocupante, teniendo en cuenta que éstas, no son las
únicas formas de exposición a las sustancias tóxicas asociadas al cigarrillo, sino que
tanto personas como animales podrían consumir agua que haya estado en contacto con
CC y lo que es peor, podrían ingerir otro tipo de sustancias que también tienen alto grado
de toxicidad.
50 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
Moerman & Potts, (2011) realizaron el análisis de metales en lixiviados de residuos de
cigarrillos con el objetivo principal de cuantificar la cantidad de Al, Ba, Cd, Cr, Cu, Fe, Pb,
Mn, Ni, Sr, Ti y Zn a través de espectroscopia de emisión óptica por plasma acoplado
inductivamente. Se reporta en este estudio el porcentaje de metales comparando los
valores con la cantidad (g/g) encontrada en cigarrillos completos de una marca
americana (no mencionada) así como los valores estimados de la cantidad de dichos
metales en lixiviados que se pueden producir en un año en el mundo. La tabla 3-4
simplifica estos resultados.
Tabla 3-4: Concentración de metales en cigarrillos y lixiviados de colillas de cigarrillo
Tomada de: (Moerman & Potts, 2011)
Estudios similares han sido reportados por diferentes autores, con valores cercanos de la
concentración de metales en lixiviados no solo de colillas, sino de tabaco de diferentes
marcas de cigarrillo, de tabaco remanente y filtros limpios (Ajab et al., 2014; Iskander,
Bauer, & Klein, 1986; Ryan & Clark, 2010; Wang & Finlayson, 2003).
El tabaco contiene entre 0,6-3,0% de nicotina, para el caso del cigarrillo este rango está
entre 9-30 mg y un consumidor promedio puede ingerir entre 0,5-2 mg por cigarrillo. Sin
embargo, cuando una colilla es ingerida accidentalmente por humanos o animales, se
estima que la dosis letal está entre 40-60 mg y 9,2 mg para animales. Los síntomas por
ingestión de la nicotina se pueden desarrollar rápidamente en adultos entre 4-8 mg, en
Capítulo 3 51
niños y animales entre 1-2 mg, entre los cuales se incluyen náuseas, vómitos, salivación
y diaforesis. Con intoxicación grave, puede haber convulsiones, bradicardia con
hipotensión, arritmias cardíacas y depresión respiratoria (Novotny et al., 2011).
Todos los constituyentes de las CC, anteriormente mencionados, al llegar a los
ecosistemas acuáticos, tienen potenciales efectos tóxicos estudiados ya por diferentes
autores. En Register, (2000) se determinó que los lixiviados de entre 1 y 2 colillas de
cigarrillo son tóxicos agudos (EC50 de 48 horas) para cladóceros de agua dulce (pulgas
de agua), particularmente Daphnia magna. Novotny et al., (2011), repasaron
exhaustivamente sus efectos tóxicos en humanos (adultos y niños) y animales,
encontrando que la nicotina presente en el tabaco puede causar síntomas de toxicidad
en diferentes cantidades.
Micevska et al., (2006) calcularon la toxicidad de lixiviados de tres productos: colillas de
cigarrillo (sin remanente de tabaco), filtros con tabaco y colillas con remanente de tabaco,
encontrando para Ceriodaphnia cf. Dubia valores entre 0,04, 0,18 y 0,01 mg de colillas
respectivamente, lo que equivale a aproximadamente 0,125 y 0,25 colillas/litro de agua.
Para el caso de Vibrio fischeri la toxicidad está entre 0,48, 3,98 y 1,27 mg/litro
respectivamente para cada uno de los productos evaluados.
Slaughter et al., (2011) demostraron que la dosis letal media es aproximadamente una
colilla de cigarrillo por litro de agua para especies de peces pequeños de agua dulce y
salada. En este estudio se prepararon lixiviados de filtros de cigarrillo sin fumar sin
tabaco (USF), filtros de cigarrillo fumados sin tabaco (SF) y colillas de cigarrillo (SCB)
(filtro fumado + tabaco) (tabla 3-5).
Tabla 3-5: Toxicidad de las colillas de cigarrillo para algunos organismos acuáticos.
Colillas de Cigarrillo/L
Especie USF SF SCB
Topsmelt LC50 5.1 (4.6 – 5.7) 1.8 (1.5 – 2.0) 1.1 (0.95 – 1.3)
Fathead minnow LC50 13.5 (11.4 – 15.9) 4.3 (3.7 – 5.1) 0.97 (0.84 – 1.1)
Daphnid (D magna)* LC50 >16 1.0 – 2.0 0.125 – 0.25 Ɨ
D phnid (C cf dubi ) ‡ EC50
(Immobilización)
NA NA 0.03 – 0.08 (0.02 – 0.12)
D phnid (C cf dubi ) ₴ EC50 1.7 (1.4 – 2.06) 0.16 (0.09 – 0.27) 0.06 (0.05 – 0.08)
52 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
Valores de LC50 y EC50 para lixiviados provenientes de Filtros de cigarrillo sin fumar (USF) sin tabaco, Filtros de Cigarrillo
fumados (SF) sin tabaco y Colillas de Cigarrillo (SCB) (filtro fumado + tabaco).
Adaptada de: (Slaughter et al., 2011)
Resultados similares se encontraron en estudios desarrollados por Micevska et al.,
(2006); Moriwaki et al., (2009); Moerman & Potts, (2011), Talio et al., 2012), Ajab et al.,
(2014) y más recientemente por W. Lee & Lee, (2015).
Es importante resaltar que en efecto existe un grado de toxicidad de las colillas de
cigarrillo sobre las fuentes hídricas, y si bien las investigaciones que se han desarrollado
se han realizado con organismos pequeños, se puede inferir que si 1 colilla puede
contaminar 1 litro de agua y que multiplicado esto, por la cantidad de colillas que se
producen en el mundo, su mala disposición puede representar un verdadero problema
que requiere de especial atención.
Autores como Novotny et al. (2009) sugieren que es preponderante establecer
alternativas para ayudar a mitigar la contaminación generada por la mala disposición y la
cantidad de residuos relacionados con la industria del tabaco, particularmente por las CC.
Se han planteado estrategias como advertir en las cajetillas de cigarrillo sobre la baja
biodegradabilidad de los filtros en el ambiente, fomentar mecanismos de depósitos-
retorno, el cobro de una cuota para la limpieza ambiental y/o investigación, hacer a las
compañías responsables por los impactos ambientales de sus productos, obligar a que
los filtros sean 100% biodegradables y promover campañas de educación y
responsabilidad al consumidor.
Al respecto, Schneider et al., (2009) reportan un estudio en el que promueven mejoras
ambientales, asignando responsabilidades económicas, físicas e informativas a la
industria del tabaco, establecen unos principios básicos como darle especial atención a la
reducción de fuentes tóxicas, la recuperación posterior al consumo y la eliminación final
de productos de la industria del tabaco. Afirman que cuando estos principios son
(Immobilización)
Marine Bacterium (V fischen)
‡ EC50 (Bioluminiscence)
NA NA 0.3 – 2.7 (0.3-3.5)
Marine Bacterium (V fischen)
₴ EC50 (Bioluminiscencia)
>970 1.25 (1.21 – 1.33) 0.58 (0.53 – 0.63)
Capítulo 3 53
aplicados, tienen el potencial de disminuir sustancialmente los daños ambientales y de
salud pública de las colillas de cigarrillos y otros residuos relacionados en todo el mundo.
Curtis et al., (2014) publican un extenso documento, en el cual abordan los criterios
específicos que se aplican para decidir si un determinado producto tóxico debe adherirse
a principios normativos. Presentan tres estudios de caso de enfoques similares a otros
productos tóxicos y/o perjudiciales para el medio ambiente; y describen 10 posibles
intervenciones o acciones de políticas que pueden ayudar a prevenir, reducir y mitigar los
efectos de los residuos de la industria del tabaco.
Javadian et al., (2015) publican algunas perspectivas sobre los residuos de los
productos del tabaco, proponen que las empresas fabricantes de cigarrillos, deben
hacerse responsables de la recolección, transporte, procesamiento y eliminación segura
de los residuos, a través de leyes que en la actualidad son aplicables a otros productos
considerados como tóxicos y peligrosos, como es el caso de las pinturas, contenedores
de pesticidas y productos farmacéuticos
Las problemáticas anteriormente descritas, han impulsado la propuesta de modelos de
leyes que puedan ser adoptadas por jurisdicciones nacionales e internacionales para
abordar los impactos ambientales generados por la mala disposición de los residuos,
como se describe en (Curtis et al., 2016). Dichas leyes incluso lograrían reducir el
consumo de tabaco, su producción y por ende las consecuencias sobre la salud,
incentivando la atención a los peligros ambientales generados por la mala disposición de
los subproductos.
En este sentido, y como producto de la amplia revisión bibliográfica hecha en el presente
trabajo, se encontraron diferentes investigaciones que permiten reconocer iniciativas,
propuestas y proyectos sobre el manejo, tratamiento, disposición e incluso subproductos
de interés comercial desarrollados empleando las CC. A continuación se hará una breve
descripción de algunas de ellas, clasificadas en el desarrollo de subproductos de interés
comercial, tratamientos químicos y biológicos.
54 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
3.4.1 Subproductos de interés comercial con el uso de colillas de cigarrillo
Dieng et al. (2013) propusieron el uso de las CC como agentes larvicidas, evaluando la
vulnerabilidad de Aedes aegypti, el mosquito de la fiebre amarilla, a las colillas de marca
Marlboro durante su desarrollo. En general, la preparación de soluciones con CC
mostraron actividad insecticida contra las larvas, la mortalidad fue alta para el organismo,
incluso en las últimas etapas del desarrollo. Estos resultados abren nuevas vías para la
identificación de productos insecticidas como una solución práctica para el problema de
la contaminación por este residuo.
Kadir & Mohajerani, (2008) presentan algunos resultados de un estudio sobre el reciclaje
de CC para la elaboración de ladrillos de arcilla cocida. Un completo estudio en el que se
discuten las propiedades físico-mecánicas de los ladrillos, incluyendo resistencia a la
compresión, resistencia a la flexión, densidad, absorción de agua y conductividad
térmica. Los resultados demuestran que la densidad de los ladrillos se reduce
significativamente en comparación con los ladrillos convencionales, hasta un 30%
dependiendo del porcentaje de CC incorporadas. La resistencia a la compresión también
disminuyó, al igual que la conductividad térmica, sin embargo son una alternativa
bastante viable para ser utilizados en construcción. En la Figura 3-3, tomada del artículo,
se muestra la apariencia física de los ladrillos con diferentes porcentajes de CC
añadidos.
De igual forma los autores cuantificaron los metales presentes en los lixiviados del
proceso, determinando que únicamente habían trazas de metales pesados, por lo que la
posibilidad de utilizar colillas de cigarrillos en la producción de ladrillos, no mostró ningún
peligro por la generación de metales al medio ambiente.
Aunque el hecho de que exista la posibilidad técnica y tecnológica de utilizar estos
residuos como producto de construcción, esto requiere de una evaluación cuidadosa, ya
que no se exime la posibilidad de que algunos residuos puedan ser fuentes de
contaminación en interiores.
Capítulo 3 55
Figura 3-3: Secciones transversales de ladrillos con mezclas de colillas de cigarrillos.
Tomada de: Kadir & Mohajerani, (2008)
Otra de las aplicaciones con interés comercial para el reciclado de las colillas de
cigarrillo, es la propuesta por Luna (2009). El objetivo del autor fue incorporar las CC en
un sistema de paneles que pudieran utilizarse como muros divisorios en construcción. El
reaprovechamiento de la CC utilizando procesos de reciclaje, permitió generar materiales
alternativos, que al contrario de contaminar, podrían contribuir con la reducción de la
contaminación del suelo por este tipo de desechos.
3.4.2 Tratamientos químicos
Bao et. al (2015) evaluaron el uso del acetato de celulosa proveniente de las CC con el
objetivo de obtener un sistema asociado a un plastificante para usarlo como modelo de
un polímero fuertemente polar. Este sistema, permitirá estudiar la miscibilidad y los
efectos plastificantes de diversas moléculas, como el dietil ftalato. La aplicación resulto
útil, sin embargo, representa una desventaja el hecho de que las CC requieren de un
tratamiento previo para remover el papel y las sustancias químicas que están retenidas
allí, lo que representa mayor inversión económica y posibles formas de contaminación, si
la limpieza se hiciera con agua o con otro tipo de sustancias químicas.
Otro de los trabajos publicados muestra cómo en la Universidad de Brasilia, se ha
desarrollado un proceso de producción de pulpa de celulosa a partir de colillas de
56 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
cigarrillos utilizando pulpa alcalina. La tecnología propuesta, consiste en separar todo el
contenido de celulosa en el extremo del cigarrillo utilizando cuatro procesos diferentes:
I. Disolver las cenizas y todos los productos químicos adsorbidos en el filtro
II. Hidrolizar el acetato de celulosa
III. Retirar la lignina del tabaco restante y liberar su celulosa;
IV. La desagregación del papel restante.
Después de filtrar la mezcla resultante, se obtuvo una pasta de celulosa, que se puede
utilizar en la industria del papel, y un licor oscuro viscoso que contiene lignina, carbonilos,
metales, nicotina y nitrosaminas específicas de tabaco y que por ende requiere algún tipo
de tratamiento. Este líquido presentó una alta demanda química de oxígeno (DQO:
29,986 mg/L), que fue parcialmente eliminado por precipitación (20%), coagulación de
quitosano (66%) y ozonización (45,8%). Como el DQO restante seguía siendo alto, se
propuso reutilizar el efluente clarificado en la pulpa alcalina, lo que parecía ser el
procedimiento más fácil y eficiente con el costo más bajo.
Finalmente este proceso se presenta como una alternativa a la eliminación final
ambientalmente amigable de las CC como se observa en la figura 3-4. Es importante
mencionar que el proceso desarrollado aquí fue licenciado a una empresa de reciclaje, la
cual puso en marcha una planta piloto ( ’H T x et al., 2016).
Figura 3-4: Proceso propuesto para la producción de pulpa de celulosa a partir de colillas
de cigarrillo.
Tomado de: ( ’H T x 2016
Capítulo 3 57
Un trabajo más reciente, muestra una prometedora manera de mitigar el impacto
ambiental de las CC, convirtiéndolas en filtros para aguas contaminadas con queroseno
(Ou et al., 2016). Las colillas fueron sumergidas en una solución acuosa de NaOH y una
solución etanólica de hexadeciltrimetoxisilano convirtiéndolas en fibras
superhidrófobas/superoleófilas. Debido a la capacidad para excluir el agua y absorber el
queroseno, las fibras obtenidas se usaron para limpiar un derrame escalonado de
queroseno sobre la superficie del agua.
La eficacia de limpieza de estas fibras fue de aproximadamente 96% y no disminuyó aún
después de 10 ciclos de uso. El contenido de humedad en el queroseno recogido de la
superficie del agua era inesperadamente inferior al contenido de humedad en el
queroseno antes de ser vertido sobre la superficie del agua. Un estudio bastante
interesante pues permite darle solución a dos problemas ambientales que hoy en día son
críticos.
Si bien los trabajos mencionados, representan importantes alternativas para el manejo de
las CC, este tipo de tratamiento, además de presentar costos económicos elevados,
generan problemas ambientales secundarios en el proceso, ya sea por la eliminación de
aguas residuales, la liberación de gases en el ambiente, el consumo energético o por
residuos de las mismas materias primas utilizadas. Por esta razón, se prestó especial
atención a otro tipo de tratamientos que incluyeran tecnologías más limpias, entre los
cuales están los relacionados con procesos de biorremediación. A continuación se
mencionarán algunos trabajos, especialmente a los desarrollados con hongos.
3.4.3 Tratamientos Biológicos
Los resultados de investigaciones enfocadas en evaluar diferentes opciones para
aumentar la biodegradabilidad del acetato de celulosa, han concluido que bajo
determinadas condiciones de exposición a la luz solar, la humedad en el suelo y el grado
de sustitución de la molécula de acetato, este compuesto se puede degradar en un
periodo de cuatro a nueve meses.
Gu et al., (1993) encontraron que si hay un grado de sustitución 1,7, este puede
degradarse en subproductos del metano, luego de permanecer 30 días en un biorreactor
por la acción de las Pseudomonas Gram negativas presentes en el agua. Filtros de
58 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
cigarrillo con un grado de sustitución del polímero de 2,45, han sido degradados
anaeróbicamente (Zenjian et al., 2003) y otras bacterias como la Gram negativa
Neisseria sicca y la Alcaligenes xylosoxidans, han sido utilizadas para degradar el
acetato de celulosa.
Uno de los primeros trabajos en los que se hace referencia al tratamiento biológico con
hongos de colillas de cigarrillo, fue encontrado en un documento que hace parte del
Primer Encuentro Nacional de Expertos de Residuos Sólidos llevado a cabo en la
Universidad Autónoma de México (UNAM) en el año 2007, (Benitez & Esparza, 2007). El
“D
de Pleurotus ostreatus y Trametes versicolor” v
mejor cepa y el tratamiento para la rápida y eficiente degradación de estos residuos
sólidos, así como contar con una alternativa de innovación biotecnológica para resolver
este problema de contaminación mundial.
En su trabajo, los autores afirman que las especies de basidiomicetos evaluadas, son
eficientes degradadores de las CC, logrando mejores resultados con P. ostreatus la cual
al fructificar sobre las colillas, cambia la estructura fibrilar del acetato de celulosa y
reduce el peso del sustrato. A pesar de estas afirmaciones, la veracidad de las
conclusiones extraídas por los autores, es discutible ya que para el primer caso, la única
evidencia de degradación son fotografías (por barrido electrónico, aunque no se
especifica la técnica), en donde se muestra más bien un desgaste en las fibras de AC
antes y después del tratamiento con ambas especies, y no es posible determinar si hubo
o no cambios en la estructura del acetato de celulosa y menos degradación del material
(Figura 3-5).
Figura 3-5: Acetato de celulosa (500X) con 70 días de tratamiento, donde 1: Sin tratamiento, 2: cultivo de Pleurotus ostreatus, 3: cultivo de Trametes versicolor.
1 2 3
Capítulo 3 59
Con respecto al peso del sustrato, se afirma que este se reduce, sin embargo, no se
especifica cómo lo determinaron, si se tuvo en cuenta o no la cantidad de micelio que
invadió el sustrato, si se separó del micelio, si se pesó con la paja de trigo o si se pesó
con las fructificaciones obtenidas, por lo que los datos en este caso de igual forma no son
precisos.
Otra de las variables analizadas en esta investigación, es la composición del sustrato,
afirmando que es conveniente una mezcla entre paja de trigo y colillas de cigarrillo (75%-
25% ó 50%-50% respectivamente), ya que la paja puede aportar el contenido de lignina y
activar la secreción de enzimas. No obstante, los autores no especifican con cuál de los
porcentajes evaluados se obtuvieron los mejores resultados. Finalmente, se reportan
también diferentes parámetros para evaluar la eficiencia del proceso, pero la discusión es
bastante deficiente, debido a que los autores solo se limitan a mostrar en la tabla 3-6:
Tabla 3-6: Parámetros y resultados del crecimiento de las dos especies de hongos
Pleurotus ostreatus Trametes Versicolor
A B C K A B C K
CRECIMIENTO MICELAR
pH 7,2 7 6,9 6,7 7,2 7 6,9 6,7
FRUCTIFICACION
EB 128 161 133 140 NO FRUCTIFICACION
P 51 64 53 56
CIN 29 20 19 18
T.F 24 42 44 24
Sustratos:
A:100% colillas B: 75% colillas y 25% paja, C: 50% colillas y 50% paja K: grupo control (solo con paja de trigo)
Parámetros de fructificación:
EB: Eficiencia biológica (%) P: Producción (g) CIN: Cinética del cultivo (días) TF: Tiempo hasta la fructificación
(días)
Adaptado de (Benitez & Esparza, 2007)
Lo anterior representa dificultades al momento de reproducir la metodología y poderla
aplicar a mayor escala, por lo que es necesario el desarrollo de trabajos con mayor
rigurosidad científica que permitan mostrar resultados más precisos y confiables. No
obstante, es importante resaltar de este trabajo la iniciativa de encontrar una alternativa
utilizando la biotecnología para el tratamiento de este residuo. Adicionalmente, se plantea
la opción del uso de contenedores específicos para el desecho de las CC que permitan
60 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
disminuir la contaminación de suelos y aguas superficiales; siendo este estudio un
modelo funcional para el manejo de los residuos sólidos del cigarrillo.
Por otra parte, se encontró en la Web un trabajo de tesis de la Universidad de Maine en
E U “B F y T Pleurotus Species on
C F ” z Updyke, (2014). Este estudio fue diseñado para evaluar la
biodegradación y la viabilidad del crecimiento de tres especies de Pleurotus (ostreatus,
citrinopileatus y djamor) sobre tres sustratos diferentes de CC: filtros intactos, filtros con
tabaco y colillas con residuos de tabaco. Este constituye uno de los pocos trabajos
publicados hasta el momento sobre el tema y representa un aporte significativo para el
presente estudio.
En el experimento, los sustratos se inocularon en bolsas de poliuretano con semillas de
hongos realizando 27 ensayos (cada hongo y sustrato por triplicado 3X3) y se colocaron
en una cámara de crecimiento mantenida a 24ºC con una humedad relativa del 75-90%
durante seis semanas. Después de un período de seis semanas, se calculó la
colonización del área micelial, la calidad de las fructificaciones y la biodegradación del
AC por pérdida de peso. Se observó, en términos de tiempo, que todas las especies
tenían una biodegradación acelerada en comparación con una biodegradación natural
estimada del 25% durante seis semanas.
P. djamor generó fructificaciones de mayor calidad y el sustrato de filtro de cigarrillo
mezclado, tenía el mayor porcentaje de colonización en comparación con los otros dos.
Las muestras se clasificaron en una escala de 0 – 3 obteniendo los resultados que se
encuentran en la figura 12.
Figura 3-6: Calidad de las fructificaciones por especies de Pleurotus
Capítulo 3 61
0: No se presentó crecimiento de micelio 1: crecimiento significativo de micelio
2: indicando presencia de hifas 3: presencia de cuerpos fructíferos
Tomada de Updyke, (2014)
Los valores de clasificación parecen ser bastante arbitrarios, ya que la apreciación del
micelio es altamente subjetiva y sumado a esto la clasificación 1 y 2 podrían
corresponder al mismo criterio, pues no es posible diferenciar el micelio de las hifas en
este tipo de cultivos. Adicionalmente se pueden apreciar en la gráfica valores de 1,11,
0,78 y 1,56 para la calidad promedio de cada uno de los hongos, lo que lleva a cuestionar
cómo al ser un parámetro cualitativo, pudieron obtenerse estos valores con cifras
decimales.
La colonización de los sustratos se estimó como un porcentaje de área superficial. Las
muestras se secaron al aire durante una semana. Después de una semana de secado,
se pesó el sustrato total, para registrar y calcular la biodegradación, a través de la
pérdida de peso con el tomado al inicio del experimento, antes de humedecer los
sustratos. Se encontró poca correlación entre los porcentajes observados de micelio
superficial vs la cantidad de biodegradación (porcentaje calculado de pérdida de peso). A
continuación se muestra la figura 3-7, la cual se reporta en el estudio para mostrar los
porcentajes de colonización, biodegradación y correlación.
Figura 3-7: Porcentajes de colonización, biodegradación y correlación.
62 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
Tomada de Updyke, (2014)
El valor de R2 fue 0,2289, lo que muestra poca o ninguna correlación entre el micelio de
la superficie y la biodegradación del material. Los datos de los pesos obtenidos en cada
momento no fueron reportados en el estudio, por lo que no es claro cómo se
construyeron las gráficas en las que se reportan los resultados de este criterio.
Es importante resaltar que en el estudio se obtuvieron resultados positivos para las tres
especies y los tres sustratos, sin embargo, para que esta práctica pueda aplicarse en el
tratamiento de las CC, sea sostenible y permita mitigar los impactos sociales y
ambientales de este residuo, en futuras aplicaciones se requiere de la obtención de
datos, de la optimización de procedimientos y el análisis de resultados más rigurosos que
permitan validar y reproducir las metodologías utilizadas en el proceso.
En consecuencia, teniendo en cuenta que los anteriores fueron los únicos trabajos
encontrados en la revisión bibliográfica y que no tienen la rigurosidad científica requerida,
se propone un capítulo adicional en el que se busca establecer una base experimental, a
escala de laboratorio, que permita evaluar si las CC pueden utilizarse como sustrato para
el crecimiento de P. ostreatus empleando la fermentación en estado superficial in vitro y
abrir la puerta a trabajos de investigación posteriores. Siendo este, el primer trabajo en el
uso de que aportan resultados para la aplicación de la micorremediación sobre colillas de
cigarrillo. A continuación se describirá la parte experimental de la propuesta.
4. Parte Experimental
4.1 Metodología
4.1.1 Material fúngico
El material fúngico fue cultivado en el Laboratorio del grupo de investigación Química de
Hongos Macromicetos de la Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá. Se empleó
la cepa comercial de Pleurotus ostreatus (O1) de la empresa CHAMPIFUNG, la cual se
mantuvo en Agar Papa Dextrosa (PDA) a 4ºC.
4.1.2 Medios de cultivo
Las formulaciones en agua destilada para las mezclas de los diferentes medios
evaluados fueron las siguientes:
Medio de colillas suplementado (MCS): colillas procesadas 30 g/L, extracto de
levadura 3 g/L, sacarosa 5 g/L, agar 23,5 g/L (cantidad de agar sugerida por la marca
acumedia).
Medio de colillas 1 (MC1): colillas enteras (sin procesar) 30 g/L, agar 23,5 g/L.
Medio de colillas 2 (MC2): colillas procesadas 30 g/L y agar 23,5 g/L.
Medio de Carboximetilcelulosa (CMC): CMC 10 g/L, NaNO3 3 g/L, K2H2PO4 1 g/L, KCl
0,5 g/L, MgSO4.7H2O 5 g/L, extracto de levadura 0,5 g/L, Fe2SO4.7H2O 0,01 g/L, Agar
23,5 g/L.
4.1.3 Recolección y pre tratamiento de las colillas de cigarrillo
En un periodo de tiempo de 3 meses, se recolectaron colillas de cigarrillo en un frasco
adaptado para tal fin (figura 4-1a) dispuesto en las afueras del Departamento de Química
de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. El contenido de C y N de las
64 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
mismas se calculó empleando un equipo Thermo FLASH 2000 Organic Elemental
Analyzer.
Para obtener los medios MCS y MC2, las colillas (filtro, cenizas, tabaco y papel), fueron
procesadas en una licuadora con el objetivo de reducir el tamaño de partícula, tenerlo
más homogéneo y facilitar el crecimiento del hongo. Como se muestra en la figura 4-1b),
las colillas fueron almacenadas en bolsas de plástico para su posterior utilización.
Figura 4-1: a) Colillas de cigarrillo recolectadas. b) Colillas de cigarrillo procesadas
(Fotos del autor)
4.1.4 Inoculación e incubación
Para la inoculación del P. ostreatus, se empleó fermentación en estado superficial
(FESup) más conocida como in vitro. Los medios de cultivo (MCS, MC1 y MC2) se
prepararon siguiendo la metodología descrita a continuación, con algunas variaciones
tanto en la cantidad de nutrientes como en procesado de CC, necesarias para mejorar el
proceso como se discutirá más adelante.
Se colocaron 400 mL de agua sobre una estufa de calentamiento con agitación continua,
se adicionó la mezcla del medio de cultivo y se calentó por 15 minutos a una temperatura
de 90°C. Posteriormente se esterilizó durante un tiempo de 40 minutos, se dejó enfriar
por 30 minutos y se sirvieron las cajas de Petri que posteriormente fueron inoculadas con
discos de 0,5 cm de diámetro con micelio crecido en PDA y CMC. Los cultivos se
realizaron por duplicado y fueron incubados a 26°C, en la oscuridad por
aproximadamente 15 días, después de los cuales se evaluó cualitativamente el
crecimiento del micelio.
Capítulo 4 65
4.2 Resultados y Discusión
El contenido de C y N y más específicamente la relación C/N del sustrato empleado para
el cultivo de hongos, ha sido reportado por varios autores como un factor determinante
del proceso (Isikhuemhen, Mikiashvili, & Kelkar, 2009; Philippoussis et al., 2007). El
contenido de N en las colillas de cigarrillo empleadas para este estudio, se calculó en
1,24 % en peso seco, valor que difiere con lo reportado por Bonanomi en el 2015, hecho
que puede atribuirse al origen del tabaco y factores como las características propias del
suelo (Bonanomi, Incerti, Cesarano, Gaglione, & Lanzotti, 2015). En lo que respecta a la
relación C/N las CC empleadas tienen un valor de 56,1 cercano al encontrado por Hoa et
al., quienes evaluaron varios residuos agrícolas (paja, bagazo de caña y maíz) para el
cultivo de diferentes especies del género Pleurotus reportando cifras entre 34 y 52 (Hoa,
Wang, & Wang, 2015).
Estos resultados, dan una idea sobre el potencial uso de las CC como sustrato para el
crecimiento de una cepa de P. ostreatus, con base en el que el hecho de que el aporte
de los macronutrientes dado por las colillas, es el necesario para el óptimo crecimiento
de los macromicetos en general e incluso particularmente para las especies del género
Pleurotus.
La fase de cultivo in vitro se llevó a cabo transfiriendo los inóculos provenientes de PDA a
dos cajas con MCS, medio estandarizado en el grupo de investigación de Química de
Hongos Macromicetos y en el que generalmente se cambia el tipo de fuente de carbono y
nitrógeno (para este caso son las colillas de cigarrillo), siempre conservando los 30 g/L
(Chegwin & Nieto 2014). Este ensayo de exploración se realizó con el fin de determinar si
la cepa del hongo empleado, podía crecer o no sobre un medio de cultivo con colillas de
cigarrillo como principal fuente de carbono. Se realizó un seguimiento diario para evaluar
si el hongo se adaptaba a este nuevo medio y de manera cualitativa se determinó si
había o no crecimiento de micelio.
Como se muestra en la figura 4-2 en una de las cajas se desarrolló otro organismo en la
parte superficial del medio de cultivo al cuarto día de inoculación, invadiendo por
completo el sustrato e impidiendo el crecimiento del micelio del Pleurotus. Esta caja se
retiró de inmediato de incubación y se dejó la segunda para realizar el seguimiento.
66 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
Figura 4-2: Inoculación de P. ostreatus en MCS. a) Cultivo a los 4 días con contaminación. b) Cultivo a los 4 días sin contaminación.
(Fotos del autor)
Con el fin de hacer un acercamiento preliminar al tipo de organismo que invadió la caja
número 1, se tomó un trozo de la parte superficial del medio y se realizó un montaje en
un portaobjetos empleando tinción de Gram, con lo que se pudo establecer que el
contaminante era una bacteria Gram positiva con forma de bacilo alongado (Figura 4-3).
Figura 4-3: Tinción de Gram para el microorganismo desarrollado sobre el medio de colillas de cigarrillo.
Con respecto a la caja número 2, que continuó en incubación, se observó que a los 15
días hubo crecimiento del micelio con una baja densidad y llenado casi total, sin la
presencia de otros organismos. No obstante al comparar el crecimiento micelial con otros
medios que ya se han empleado en el grupo con la misma cepa, se evidenció que el
desarrollo del organismo era débil y seguramente al intentar extrapolar estas condiciones
a un cultivo en bloques o a una fermentación a mayor escala, el hongo no sobreviviría a
dichas condiciones.
b a
Capítulo 4 67
Teniendo en cuenta que las CC al ser un sustrato bastante complejo por su procedencia
y composición, se tomó la determinación de prolongar el tiempo de esterilización del
medio para evitar posibles problemas de contaminación en ensayos futuros y favorecer la
biodegradación del desecho. Se modificó el tiempo de esterilización, de 40 a 60 y por
último a 90 minutos, siendo este último el tiempo ideal en el que no se contaminó
ninguna de las cajas. En adelante, se implementó el uso de cajas para control ambiental
(abierta durante el proceso de inoculación) y control de esterilidad del medio de cultivo.
De igual manera se concluyó que la inoculación debía hacerse con todas las medidas de
seguridad y asepsia necesarias para manejar un residuo peligroso logrando las
condiciones estériles requeridas para facilitar el crecimiento del macromiceto.
Adicionalmente se realizaron modificaciones al medio, ya que se pensó que el
crecimiento del hongo se podría atribuir en parte a los nutrientes que le aporta el extracto
de levadura, la sacarosa y el agar con el que se preparó el MCS y no exclusivamente las
CC. En el segundo ensayo se prepararon dos cajas con medio MC1 y se transfirieron los
inóculos de O1 activado en PDA. En esta ocasión, no se tuvieron problemas de
contaminación, comprobando que las condiciones de esterilidad eran las adecuadas y se
observó que al cabo de 20 días el micelio del hongo invadió casi toda la caja.
Como se muestra en la figura 4-4 la densidad del micelio fue baja (comparada con el
crecimiento en PDA), al igual que la velocidad en el que este creció, aún así, es posible
inferir que las CC sirven como sustrato para el crecimiento del O1.
Figura 4-4: Crecimiento de micelio de PO1 sobre a) MC1 b) PDA
b a
68 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
Para continuar trabajando en la optimización de las condiciones de cultivo del O1 en las
colillas, se pensó en modificar el medio de activación de la cepa del hongo a uno más
similar al de las CC. Como se mencionó en el numeral 3.1 el componente principal de los
filtros y por lo tanto de las colillas es el acetato de celulosa. La CMC al contener celulosa
en su estructura, podría mejorar la adaptación del hongo, minimizando el impacto del
cambio de medio y permitiendo una mayor y mejor producción de micelio en un periodo
de tiempo más corto.
Se transfirió entonces un inóculo de la cepa original al medio con CMC y se incubó hasta
el llenado total de la caja, en comparación con el tiempo de crecimiento en PDA, el
crecimiento sobre este sustrato tardó 5 días más (total de 20 días), lo que indica que el
hongo tuvo que tomar un tiempo más prolongado para activar las enzimas necesarias
para usar este sustrato como fuente de carbono y energía y adaptarse a las nuevas
condiciones.
Con respecto a la densidad del micelio desarrollado, ésta fue mayor en PDA,
probablemente porque es el medio sobre el cual ya está acostumbrado a crecer. Sobre
CMC, la densidad micelial fue menor, sin embargo se obtuvo el llenado completo de la
caja (figura 4-5).
Figura 4-5: Comparación del crecimiento de P. ostreatus en a) PDA y b) CMC
La siguiente fase de experimentación, consistió en transferir inóculos de O1 activados en
CMC a dos nuevas cajas con MC1. Se observó, a los cuatro días de incubación, que la
densidad de micelio fue bastante diferente a como se había obtenido en los ensayos
anteriores (figura 4-6), en esta oportunidad se obtuvo una mayor cantidad de biomasa,
b a
Capítulo 4 69
evidente por la densidad micelial observada en un periodo de tiempo de 15 días, lo que
permite afirmar que en efecto, el uso del CMC facilitó la fase de adaptación del hongo a
las CC, proporcionando unas condiciones de crecimiento y por ende biodegradación más
eficiente del residuo contaminante. Este comportamiento puede ser atribuido a que, en
parte, las enzimas que se empiezan a producir en la fase vegetativa al utilizar la CMC,
son similares a las que posteriormente tendrá que utilizar para emplear las colillas de
cigarrillo como sustrato.
Figura 4-6: Crecimiento de P. ostreatus activado en CMC sobre MC1 después de 4 días de cultivo
Con miras a hacer de esta, una metodología aplicable a mayor escala para su potencial
uso en biorremediación, así como para reducir los costos de operación, se hizo una
última modificación al ensayo. Se preparó el MC2, en donde se usaron las colillas de
cigarrillo completas y se inocularon con O1 activado en CMC. Como se observa en la
figura 4-7, el hongo desarrolló micelio sobre las CC, de hecho con un mejor rendimiento
para la cepa activada en CMC que en PDA, que también se realizó para utilizar como
punto de comparación.
70 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
Figura 4-7: Crecimiento del P. ostreatus sobre colillas de cigarrillo sin procesamiento (MC2) previamente activado en a) PDA y b) CMC.
Los resultados para este ensayo preliminar, fueron bastante positivos, logrando
estandarizar una técnica fácil y rápida que permitió determinar el uso eficiente de las
colillas de cigarrillo, con un procesamiento mínimo y su empleo como único componente
del sustrato para el crecimiento in vitro de una cepa comercial de P. ostreatus, en un
tiempo que se encuentra dentro de lo esperado para este tipo de procesos.
b a
5. Conclusiones y recomendaciones
5.1 Conclusiones
La información relacionada con la aplicación de los procesos de biorremediación sobre
matrices sólidas es muy completa sin embargo, para el caso específico de su utilización
en colillas de cigarrillo es poca, y más escasa particularmente la relacionada con
micorremediación.
Los estudios reportados sobre micorremediación son variados, cubriendo desde el
análisis de los microorganismos como tal, las rutas de biodegradación, la comparación
con métodos convencionales, hasta las técnicas que incluyen organismos modificados
genéticamente para su aplicación en sitios contaminados. Este hecho demuestra que el
campo de acción e investigación de estos organismos es bastante amplio y útil.
El empleo de técnicas convencionales para el tratamiento de residuos sólidos resulta
económicamente más costoso que el empleo de las relacionadas con procesos
biotecnológicos, además técnicas como la incineración o la extracción de sustancias
contaminantes con solventes, representan riesgos secundarios para el ambiente puesto
que, a largo plazo, los contaminantes pasan a los diferentes compartimentos ambientales
como aguas subterráneas, suelos y aire.
La aplicabilidad de los procesos de biorremediación sobre residuos contaminantes como
las colillas de cigarrillo resulta ser un método viable ya que representa costos de
aplicación menos costosos que con los métodos convencionales, adicionalmente, los
hongos macromicetos tienen la ventaja de poseer un poderoso pool enzimático
degradando, biotransformando y mineralizándo los compuestos químicos asociados a las
CC.
72 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrilllo
Con respecto a los ensayos de laboratorio, se estableció que la cepa de P. ostreatus
evaluada, es eficiente en la biodegradación de colillas de cigarrillo in vitro, siendo
necesario para facilitar el proceso, la activación previa en un medio químicamente similar
al del residuo.
El presente trabajo es una base teórica y de experimentación preliminar para el
desarrollo de futuras investigaciones en el campo de la biorremediación de matrices
sólidas, como las colillas de cigarrillo, siendo este el primer trabajo que propone una
metodología de aplicación en cultivos in vitro de macromicetos para este tipo de residuos.
5.2 Recomendaciones
Con la base propuesta en el presente trabajo, se abre la ventana a un gran número de
trabajos que pueda dar respuesta a las siguientes preguntas:
¿Es posible emplear las colillas de cigarrillo como sustrato para obtener fructificaciones
del P. ostreatus? En caso de ser así, ¿Cuál será el efecto sobre la comestibilidad de las
fructificaciones obtenidas?
¿Los hongos tienen la capacidad de incorporar y/o degradar las sustancias que están
contenidas en las colillas de cigarrillo?
Dentro de los mecanismos conocidos para la degradación de diferentes contaminantes,
¿Cuál es el empleado por los hongos para incorporar y/o degradar las sustancias
presentes en las colillas del cigarrillo?
¿Qué sucede con la colilla de cigarrillo cuando se ha alcanzado la fructificación del
hongo?
El proceso de biorremediación de las colillas se podría mejorar empleando estrategias
como la bioaumentación o la bioestimulación?
En cuanto a la atenuación natural de este tipo de residuos, empleando estudios de
ecología microbiana, es factible determinar qué organismos forman parte del proceso de
degradación?
Bibliografía
Adenipekun & Lawal (2012). Uses of mushrooms in bioremediation: A review.
Biotechnology and Molecular Biology Reviews, 7(3), 62–68.
https://doi.org/10.5897/BMBR12.006
Afridi, H. I., Kazi, T. G., Talpur, F. N., Brabazon, D., & Naher, S. (2013). Estimation of
toxic elements in the samples of different cigarettes and their impact on human
health of Irish hypertensive consumers. Clinica Chimica Acta, 426, 51–57.
https://doi.org/10.1016/j.cca.2013.08.023
Ajab, H., Yaqub, A., Malik, S. A., Junaid, M., Yasmeen, S., & Abdullah, M. A. (2014).
Characterization of toxic metals in tobacco, tobacco smoke, and cigarette ash from
selected imported and local brands in Pakistan. The Scientific World Journal, 2014.
https://doi.org/10.1155/2014/413614
Alvarez & Illman, W. (2006). Bioremediation and Natural Attenuation. Process
fundamentals and mathematical models. (A. Schnoor, Jerald L. Zehnder, Ed.). New
Jersey: John Wiley & Sons, Inc.
Andreoni & Gianfreda, L. (2007). Bioremediation and monitoring of aromatic-polluted
habitats. Applied Microbiology and Biotechnology, 76(2), 287–308.
https://doi.org/10.1007/s00253-007-1018-5
Arroyo et al., (n.d.). Aplicación de sistemas de biorremediación de suelos y aguas
contaminadas por hidrocarburos. GEOCISA - Protección Ambiental de Suelos.
Atlas & Bartha (2001). Ecología microbiana y microbioloía ambiental (4th ed.). Addison
Wesley.
Aust & Benson. (1993). The Fungus among of Us: Use of white Rot Fungi to
Biodegradate Environmental Polluants. Environmental Health Perspectives, 101(3),
232–233.
Bao, C. Y., Long, D. R., & Vergelati, C. (2015). Miscibility and dynamical properties of
74 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
cellulose acetate/plasticizer systems. Carbohydrate Polymers, 116, 95–102.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.07.078
Barr & Aust. (1994). Mechanisms White Rot Fungi Use To Degrade Polluants. Environ.
Sci. Technol., 28(2).
Bates, C., McNeill, A., Jarvis, M., & Gray, N. (1999). The future of tobacco product
regulation and labelling in Europe: implications for the forthcoming European Union
directive. Tobacco Control, 8(2), 225–235. https://doi.org/10.1136/tc.8.2.225
Bécares (2014). Biotecnología Ambiental. Ambiociencias - Revista de divulgación
científica. León.
Benitez & Esparza (2007). Degradación de los residuos sólidos del cigarrillo por el
crecimiento de Pleurotus ostreatus y Trametes versicolor. Estado de México -
México: UNAM Campus Iztacala.
Bezalel, L., Hadar, Y., Fu, P. P., Freeman, J. P., C C E B z L E …
Freeman, J. P. (1996). Metabolism of phenanthrene by the white rot fungus
P T : M P y W
Fungus Pleurotus ostreatus, 62(7), 2547–2553.
Bial (2002). El reino de los Hongos. Revista Iberoamericana de Micología, 2–4.
Bojan BW, Lamar RT, Burjus WD, T. M. (1999). Extent of humification of anthrecene,
fluoranthene adbenzo (a) pyrene by Plaurotus ostreatus during growth in PAH
contaminated soils. Lett. Appl. Microbial., 28, 250–254.
Bonanomi, G., Incerti, G., Cesarano, G., Gaglione, S. A., & Lanzotti, V. (2015). Cigarette
butt decomposition and associated chemical changes assessed by13C cpmas NMR.
PLoS ONE, 10(1), 1–16. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0117393
Boopathy (2000). Factors limiting bioremediation technologies. Bioresource Technology,
74(1), 63–67. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(99)00144-3
Bumpus, J.A., Trien, D., Wright & Aust, S. (1985). Oxidation of persistent environmental
polluants by a white rot fungus. Science, 228, 1434–1436.
Camargo, (2015). Toxicocinética: Biotransformación, 1–7.
Casal & Rojo (2004). Biotecnología y medio ambiente (1st ed.). Sociedad Española de
Biotecnología.
Castillo, F., Roldán, M. Blasco, R., et al. (2005). Biotecnología Ambiental. Madrid,
España.
Cerniglia, (1984). Microbial metabolism of polycyclic aromatic hydrocarbons. Adv. Appl.
Bibliografía 75
Microbiol., 30, 31–71.
Cerniglia, (1992). Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons. Biodegradation, 3,
351–358.
Cerniglia, (1993). Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons. Current Opinion in
Biotechnology, 4, 331–338. https://doi.org/10.1007/BF00129093
Cerniglia, (1997). Fungal metabolism of polycyclic aromatic hydrocarbons: past, present
and future applications in bioremediation. Journal of Industrial Microbiology &
Biotechnology, 19(5–6), 324–33. https://doi.org/10.1038/sj.jim.2900459
Chegwin-Angarita, C., & Nieto-Ramírez, I. J. (2014). Effect of non-conventional carbon
sources on the production of triterpenoids in submerged cultures of pleurotus
macrofungi. Journal of the Chilean Chemical Society, 59(1), 2287–2293.
Chegwin, C. (2010). Incidencia del medio y de las condiciones de cultivo en el potencial
como nitriceútico de tres especies del género Pleurotus. Universidad Nacional de
Colombia.
Chiba, M., & Masironi, R. (1992). Toxic and trace elements in tobacco and tobacco
smoke. Bulletin of the World Health Organization, 70(2), 269–275.
Connolly, G. N., Wayne, G. D., Lymperis, D., & Doherty, M. C. (2000). How cigarette
additives are used to mask environmental tobacco smoke. Tobacco Control, 9(3),
283–91. https://doi.org/10.1136/tc.9.3.283
Corona-Ramírez, L., & Iturbe-Argüelles, R. (2005). Atenuación natural en suelos
contaminados con hidrocarburos. Ing. Inv. Y Tec, 1(2), 119–126.
Curtis, C., Collins, S., Cunningham, S., Stigler, P., & Novotny, T. E. (2014). Extended
producer responsibility and product stewardship for tobacco product waste.
International Journal of Waste Resources, 4(3), 1–8. https://doi.org/10.4172/2252-
5211.1000157
Curtis, C., Novotny, T. E., Lee, K., Freiberg, M., & McLaughlin, I. (2016). Tobacco industry
responsibility for butts: a Model Tobacco Waste Act. Tobacco Control,
tobaccocontrol-2015-052737-. https://doi.org/10.1136/tobaccocontrol-2015-052737
’H T x M B D M B G z L C J
Hofmann Gatti, T., & Suarez, P. A. Z. (2016). Process development for cigarette
butts recycling into cellulose pulp. Waste Management, 2010.
https://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.10.013
Damodaran, D., Vidya Shetty, K., & Raj Mohan, B. (2014). Uptake of certain heavy metals
76 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
from contaminated soil by mushroom-Galerina vittiformis. Ecotoxicology and
Environmental Safety, 104(1), 414–422.
https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2013.10.033
Deshmukh, R., Khardenavis, A. A., & Purohit, H. J. (2016). Diverse Metabolic Capacities
of Fungi for Bioremediation. Indian Journal of Microbiology, 18.
https://doi.org/10.1007/s12088-016-0584-6
Drevinskas, T., Mickiene, R., Maruka, A., Stankeviius, M., Tiso, N., Mikaauskaite, J. …
Kakoniene, V. (2016). Downscaling the in vitro test of fungal bioremediation of
polycyclic aromatic hydrocarbons: Methodological approach. Analytical and
Bioanalytical Chemistry, 408(4), 1043–1053. https://doi.org/10.1007/s00216-015-
9191-3
Evans & Furlong (2011). Environmental biotechnology: Theory and application. (John
Wiley & Sons, Ed.) (1st ed.). Wiley-Interscience.
Evans & Furlong (2003). Environmental Biotechnology. Theory and Application.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-20617-7
Fowles, J., Bates, M., & Noiton, D. (2000a). The Chemical Constituents in Cigarettes and
Cig ette Smoke : P io ities fo H m Reduction. New Zealand Ministry of Health -
Epidemiology and Toxicology Group. Porirua, New Zealand.
Fowles, J., Bates, M., & Noiton, D. (2000b). The Chemical Constituents in Cigarettes and
C S k : P H Epidemiology, (March), 1–67.
Fulekar, et al. (2010). Bioremediation Technology: Recent Advances. (M. H. Fulekar, Ed.)
(1st ed.). New Delhi, India: Springer. https://doi.org/10.1007/978-90-481-3678-0
Gadd (2001). Fungi in Bioremediation. British Mycological Society. Cambridge University
Press (Vol. 16). https://doi.org/10.1017/CBO9780511541780
García, C., Alfaro, I. & Ey, ar, E. (2015). Combination of biochar amendment and
mycoremediation for polycyclic aromatic hydrocarbons immobilization and
biodegradation in creosote-contaminated soil. Journal of Hazardous Materials, 285,
259–266. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.12.002
Ghorai, S., Banik, S. P., Verma, D., Chowdhury, S., Mukherjee, S., & Khowala, S. (2009).
Fungal biotechnology in food and feed processing. Food Research International,
42(5–6), 577–587. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2009.02.019
Gianfreda & Nannipieri, (2001). Basic principles, agents and feasibility of bioremediation
of soil polluted by orgaic compounds. Minerva Biotec, 13(5), 5–12.
Bibliografía 77
Gilardi, (1990). No Title. Biochim. Biophys. Acta, 1041, 129–132.
G M L V F E C v S Š š k V N v y C …
Petruccioli, M. (2009). Effect of mobilizing agents on mycoremediation and impact on
the indigenous microbiota. Journal of Chemical Technology and Biotechnology,
84(6), 836–844. https://doi.org/10.1002/jctb.2126
Goltapeh, et al. (2013). Fungi as Bioremediators. (A. V. Ebrahim Mohammadi Goltapeh,
Younes Rezaee Danesh, Ed.), Springer (Vol. 32).
https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.004
Gómez, W., Gaviria, J., & Cardona, S. (2009). Evaluación de la bioestimulación frente a
la atenuación natural y la bioaumentación en un suelo contaminado con una mezcla
de gasolina Diesel. Dyna - Issn 0012-7353, 160, 83–93.
https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.004
H C G C K M O’C J & N v y T E (2011 B y?
The environmental impact of cigarettes. Tobacco Control, 20 Suppl 1(5), i1.
https://doi.org/10.1136/tc.2011.043729
Herrera, J., Naranjo, N., Páez, L., Cisneros, M., Gurrola, D., Ricario, R., Monreal, H., &
Amparan, H. (2015). Los hongos de la pudrición blancac involucrados en la fertilidad
del suelo. Viduspra, Visión Científica, 7(1), 22–25.
Hoa, H. T., Wang, C. L., & Wang, C. H. (2015). The effects of different substrates on the
growth, yield, and nutritional composition of two oyster mushrooms (Pleurotus
ostreatus and Pleurotus cystidiosus). Mycobiology, 43(4), 423–434.
https://doi.org/10.5941/MYCO.2015.43.4.423
Hoffmann, D., H. & E.-B. (2001). The less harmful cigarette: a controversial issue. Chem
Res Toxicol, 14(7), 767–790.
Hoffmann, D., Djordjevic, V. M., & Hoffmann, I. (1997). The changing cigarette, 1950-
1995. Journal of Toxicology and Environmental Health, 50(4), 307–364.
https://doi.org/10.1080/009841097160393
Hon, (1977). Photodegradation of cellulose acetate filters. Journal of Polymer Science
Part A: Polymer Chemistry, 15, 725–744.
Iskander, F. Y., Bauer, T. L., & Klein, D. E. (1986). Determination of 28 elements in
American cigarette tobacco by neutron-activation analysis. Analyst (Cambridge,
United Kingdom), 111(January), 107–109. https://doi.org/10.1039/AN9861100107
Iwamoto, T. & Nasu, M. (2001). Current bioremediation practice and perspective. Journal
78 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
of Bioscience and Bioengineering, 92(1), 1–8. https://doi.org/10.1016/S1389-
1723(01)80190-0.
Javadian, S., Stigler-Granados, P., Curtis, C., Thompson, F., Huber, L., & Novotny, T. E.
(2015). Perspectives on tobacco product waste: A survey of framework convention
’ k w International Journal of
Environmental Research and Public Health, 12(8), 9683–9691.
https://doi.org/10.3390/ijerph120809683
Jebapriya, G. R., Gnanasalomi, V. D. V., & Gnanadoss, J. J. (2013). APPLICATION OF
MUSHROOM FUNGI IN SOLID WASTE MANAGEMENT Material & Packaging
Suppliers Manufacturers Distributors Waste collection Consumers Wholesalers &
retailers Waste sorting Recycling Energy recovery Landfill, (October), 279–285.
Jerina, (1983). Metabolism of aromatic hydrocarbons by the cytochrome P-450 system
and epoxide hydrolase. Drug Metabolism and Disposition, 11, 1–4.
Joshi, P. K., Swarup, A., Maheshwari, S., Kumar, R., & Singh, N. (2011). Bioremediation
of Heavy Metals in Liquid Media Through Fungi Isolated from Contaminated
Sources. Indian Journal of Microbiology, 51(4), 482–487.
https://doi.org/10.1007/s12088-011-0110-9
Kirk, T. K., Lamar, R. T., & Glaser, J. A. (1992). The potential of white-rot fungi in
bioremediation. Biotechnology and Environmental Service, 131–138.
https://doi.org/10.1007/b102447
Kullman & Matsumura (1986). Metabolic pathways utilized by Phanerochaete
chrysosporium for degradation of the cyclodiene pesticide endosulfan. Applied and
Environmental Microbiology, 62(2), 593–600.
Lecours, N., Almeida, G. E. G., Abdallah, J. M., & Novotny, T. E. (2012). Environmental
health impacts of tobacco farming: a review of the literature. Tobacco Control, 21(2),
191–6. https://doi.org/10.1136/tobaccocontrol-2011-050318
L H J Y C Y S K M J L J L H … K J J (2014
Biotechnological procedures to select white rot fungi for the degradation of PAHs.
Journal of Microbiological Methods, 97(1), 56–62.
https://doi.org/10.1016/j.mimet.2013.12.007
Lee & Lee, (2015). Developmental toxicity of cigarette butts - An underdeveloped issue.
Ecotoxicology and Environmental Safety, 113(2014), 362–368.
https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2014.12.018
Bibliografía 79
Lozano-Rivas, W., Bonilla. R., Salinas, A., Flórez, L., Campos, M., Manrique, A- &
Jaimes, A. (2015). Quantification of Cigarette Butts Littered to the Streets and
Sidewalks in Dance Clubs and Pub Areas in Bogota D.C., Colombia. International
Journal of Research Studies in Science, Engineering and Technology, 2(11), 69–78.
Martín et al. (2004). Efectos tóxicos del tabaco. Revista de Toxicología, 21(num. 2-3), 64–
71.
Medaura et al. (2013). Micorremediación y su aplicación para el tratamiento de suelos
contaminados con hidrocarburos pesados. Mendoza, Argentina.
Micevska, T., Warne, M. S. J., Pablo, F., & Patra, R. (2006). Variation in, and causes of,
toxicity of cigarette butts to a cladoceran and microtox. Archives of Environmental
Contamination and Toxicology, 50(2), 205–212. https://doi.org/10.1007/s00244-004-
0132-y
Miles & Chang (2004). Mushrooms: Cultivation, nutritional value, medicinal effect, and
environmental impact.
Moerman, J. W., & Potts, G. E. (2011). Analysis of metals leached from smoked cigarette
litter. Tobacco Control, 20 Suppl 1(Suppl 1), i30–i35.
https://doi.org/10.1136/tc.2010.040196
M w k H K S & K K (2009 W “ - ” w :
Its distribution and elution potential of pollutants into environment. Waste
Management, 29(3), 1192–1197. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2008.08.017
Mulas, (2008). Fundamentos De Biorremediación. Tratamiento Y Recuperación de
Suelos Contaminados.
Novotny & Zhao, (1999). Consumption and production waste: another externality of
tobacco use. Tobacco Control, 8(1), 75–80. https://doi.org/10.1136/tc.8.1.75
N v y T E B S B L C C C V L I S U … Tursan
’E E (2015 T v
cigarette manufacture and consumption. Bulletin of the World Health Organization,
93(12), 877–80. https://doi.org/10.2471/BLT.15.152744
Novotny, T. E., Hardin, S. N., Hovda, L. R., Novotny, D. J., McLean, M. K., & Khan, S.
(2011). Tobacco and cigarette butt consumption in humans and animals. Tobacco
Control, 20 Suppl 1(Suppl 1), i17-20. https://doi.org/10.1136/tc.2011.043489
Novotny, T. E., Lum, K., Smith, E., Wang, V., & Barnes, R. (2009). Cigarettes butts and
the case for an environmental policy on hazardous cigarette waste. International
80 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
Journal of Environmental Research and Public Health, 6(5), 1691–1705.
https://doi.org/10.3390/ijerph6051691
Novotny, T. E., & Slaughter, E. (2014). Tobacco Product Waste: An Environmental
Approach to Reduce Tobacco Consumption. Current Environmental Health Reports,
1, 208–216. https://doi.org/10.1007/s40572-014-0016-x
Ocean Conservancy, 2014. International Coastal Cleanup: Turning the Tide on Trash,
2014 Report. Washington, DC, 2014. ⟨http://www.oceanconservancy.org/our-
work/marine-debris/icc-data-2014.pdf⟩. (acceso: 10.08.15).
Orosco & Soria, (2008). Biorremediación de vegetación contaminada con petróleo por
derrames en el campamentos Guarumo. Petroproducción. Escuela Superior Técnica
de Chimborazo.
Ou, J., Wan, B., Wang, F., Xue, M., Wu, H., & Li, W. (2016). Superhydrophobic fibers
from cigarette filters for oil spill cleanup. RSC Adv., 6(50), 44469–44474.
https://doi.org/10.1039/C6RA01303A
Philippoussis, A., Diamantopoulou, P., & Israilides, C. (2007). Productivity of agricultural
residues used for the cultivation of the medicinal fungus Lentinula edodes.
International Biodeterioration and Biodegradation, 59(3 SPEC. ISS.), 216–219.
https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2006.10.007
Pointing, (2001). Feasibility of bioremediation by white-rot fungi. Applied Microbiology and
Biotechnology, 57(1–2), 20–33. https://doi.org/10.1007/s002530100745
Posada, (2011). Procesos de Biorremediación. Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias
y del Medio Ambiente.
Quintero, (2011). Revisión: Degradación De Plaguicidas Mediante Hongos De La
Pudrición Blanca De La Madera. Facultad Nacional de Agronomia, UniAntioquia,
64(1), 23.
Quintero, J. C., Feijoo, G., & Lema, J. M. (2006). Producción de enzimas ligninolíticas con
hongos basidiomicetos cultivados sobre materiales lignocelulósicos. Vitae, Revista
de La Facultad de Química Farmaceútica, 13(53), 61–67.
Reddy & Gold, (2001). Purification and characterization of glutathione conjugate
reductase: a component of the tetrachlorohydroquinone reductive dehalogenase
system from Phanerochaete chrysosporium. Archives of Biochemistry and
Biophysics, 29(12), 271–277.
Reddy, P.G., Singh, H.D., Roy, P.K., Baruah, J. N. (1982). Predominant role of
Bibliografía 81
hydrocarbon solubilization in the microbial uptake of hydrocarbons. Biotechnol.
Bioeng., 24, 1241–1269.
Register, (2000). Cigarette Butts as Litter- Toxic as Well as Ugly? Underwater Naturalist,
25(2), 23–29.
Rhodes, (2014). Mycoremediation (bioremediation with fungi) - growing mushrooms to
clean the earth. Chemical Speciation and Bioavailability, 26(3), 196–198.
https://doi.org/10.3184/095422914X14047407349335
Rivera, & Pouilly (n.d.). Bioacumulación y biomagnificación del mercurio en los peces de
la cuenca Iténez. In Contaminación por el mercurio en la cuenca Iténez (pp. 43–61).
Romaniuk, R. ., & Brandt, F.; Rios, P.; Giuffré, L. (2007). Atenuación Natural Y
Remediación Inducida En Suelos Contaminados Con Hidrocarburos Natural
Attenuation and Induced Remediation in Hydrocarbon Polluted Soils. Suelo
(Argentina), 25(2), 139–149.
Rubio Monteverde, H., & Rubio Magaña, a. (2006). Breves comentarios sobre la historia
del tabaco y el tabaquismo. Rev Inst Nal Enf Resp Mex, 19, 4–7.
Ryan & Clark, (2010). Trace metal determination in tobacco and cigarette ash by
inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy, 1, 34–41.
Sack, (1993). Metabolism of PAH by fungi and correction with extracellular enzymatic
activities. J. Basic Microbiol, 33, 269–277.
Saldarriaga & Pineda (2001). Manual de micología aplicada. Medellín - Colombia:
Universidad de Antioquia.
Sánchez & Rodríguez, (2010). Fundamentos y Aspectos Microbiológicos:
Biorremediación. Universidad de Oviedo, 1, 12–16.
Scazzocchio, (2014). Fungal biology in the post-genomic era. Fungal Biology and
Biotechnology, 1(1), 7. https://doi.org/10.1186/s40694-014-0007-6
Schmeltz, I., Wenger, A., Hoffmann, D., & Tso, T. C. (1978). Chemical Studies on
Tobacco Smoke. 53. Use of Radioactive Tobacco Isolates for Studying the
Formation, 26(1), 234–239.
Schnoor, (1997). Phytoremediation: Technology Evaluation Report. Gwrtac E Series, TE-
98-01(October), 43.
Shu, (2007). Fungal Fermentation for Medicinal Products. Bioprocessing for Value-Added
Products from Renewable Resources, 447–463. https://doi.org/10.1016/B978-
044452114-9/50018-9
82 Procesos de biorremediación en el tratamiento de residuos sólidos del cigarrillo
Singh, (2006). Mycoremediation: Fungal Bioremediation. Jhon Wiley & Sons, Inc. (1st
ed.). New Jersey, United States of America: Wiley-Interscience.
Slaughter, E., Gersberg, R. M., Watanabe, K., Rudolph, J., Stransky, C., & Novotny, T. E.
(2011). Toxicity of cigarette butts , and their chemical components , to marine and
freshwater fish, 20(Suppl 1). https://doi.org/10.1136/tc.2010.040170
Smith, E. A., & McDaniel, P. A. (2011). Covering their butts: responses to the cigarette
litter problem. Tobacco Control, 20(2), 100–6. https://doi.org/10.1136/tc.2010.036491
Stamets, (2005). Mycelium Running: How Mushrooms Can Hrl Save the Word (1st ed.).
Berkeley, California: Ten Speed Press.
Swannell, R., Lee, K., & McDonagh, M. (1996). Field Evaluations of Marine Oil Spill
Bioremediation. Microbiological Reviews, 60(2), 342–365.
Talhout, R., Schulz, T., Florek, E., van Benthem, J., Wester, P., & Opperhuizen, A.
(2011). Hazardous compounds in tobacco smoke. International Journal of
Environmental Research and Public Health, 8(2), 613–628.
https://doi.org/10.3390/ijerph8020613
Talio, M. C., Bonfiglioli, T. A., Luconi, M. O., & Fernández, L. P. (2012). Direct Cadmium
Monitoring in Cigarette Filters Leachate by Molecular Fluorescence. Journal of
Environmental Protection, 3(2), 187–193. https://doi.org/10.4236/jep.2012.32023
Taylor & Stamets. (2014). Implementing Fungal Cultivation in Biofiltration Systems – The
Past , Present , and Future of Mycofiltration The Dawn of Mycofiltration for
Pathogen Management. USDA Forest Service Proceedings, RMRS-P-72, 23–28.
Torres & Zuluaga, (2009). Bioremediación de suelos contaminados por hidrocarburos.
Bogotá - Colombia.
U.S. Department of Health and Human Services. (2010). How Tobacco Smoke Causes
Disease: The Biology and Behavioral Basis for Smoking-Attributable Disease: A
Report of the Surgeon General. National Center for Chronic Disease Prevention and
Health Promotion, Office on Smoking and Health.
U.S. EPA. (1995). Bioremediation of Hazardous Wastes: Research, Development and
Field Evaluations. Biosystems Technology Development Program - Office of
Research and Development. Washington DC: United States Environmental
Protection Agency.
U.S. EPA. (1996). Ecological Effects Test Guidelines. Prevention, Pesticides and Toxic
Substances, 1(4), 1.12.
Bibliografía 83
U.S. EPA. (2001a). Use of Bioremediation at Superfund Sites. Washington DC: United
States Environmental Protection Angency.
U.S. EPA. (2001b). Use of Bioremediation at Use of Bioremediation at Superfund Sites.
Solid Waste and Emergency Response, (September), 6–38.
Updyke, (2014). Biodegradation and Feasibility of Three Pleurotus Species on Cigarette
Filters, 31.
Van Leeuwen, J., Nicholson, B., Levay, G., Hayes, K., Mulcahy, D. (1997).
Transformation of free tetrachloroguaiacol to bound compounds by fungi isolated
from Lake Bonney, southeastern South Australia. Marine Freshwater Research, 48,
551–557.
Villaseñor (2011). Bioremediación. Cuadros comparativos de las técnicas in situ, ex situ y
las ventajas y desventajas de la bioremediación. Irapuato, Guanajuato.
Wang & Finlayson, (2003). Measurement of Trace Metals in Tobacco and Cigarette Ash
by Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy. Journal of Chemical
Education, 80(1), 83. https://doi.org/10.1021/ed080p83
Watanabe, (2001). Microorganisms relevant to bioremediation. Current Opinion in
Biotechnology, 12(3), 237–241. https://doi.org/10.1016/S0958-1669(00)00205-6
Wilson & Jones, (1993). Bioremediation of soil contaminated with polynuclear aromatic
hydrocarbons (PAHs): a review. Envi onment l Pollution (B king, Essex : 1987),
81(3), 229–249. https://doi.org/10.1016/0269-7491(93)90206-4
Woo, S. H., Enders, A., & Lehmann, J. (2016). Microbial mineralization of pyrogenic
organic matter in different mineral systems. Organic Geochemistry. Elsevier Ltd.
https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2016.05.006
Zaidman, B. Z., Yassin, M., Mahajna, J., & Wasser, S. P. (2005). Medicinal mushroom
modulators of molecular targets as cancer therapeutics. Applied Microbiology and
Biotechnology, 67(4), 453–468. https://doi.org/10.1007/s00253-004-1787-z
Zaragoza JR, L. M. (1980). Tabaco y Salud. (A. C. Alfa/Temas, Ed.). Madrid, España.
![Presentación Biorremediación 2014 [Recuperado]](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/55cf8d275503462b139275ad/presentacion-biorremediacion-2014-recuperado.jpg)
