Evaluación de dos sistemas de microcosmos para la biotransformación con Pleurotus ostreatus de polietileno de baja densidad Oxo-degradable (PEBD Oxo) pretratado con plasma de oxígeno (2020)
La contaminación por plásticos es una problemática ambiental con enormes implicaciones para todas las formas de vida en la tierra. Anualmente la humanidad genera millones de toneladas de residuos plásticos que en la mayoría de los casos termina en rellenos sanitarios y en los ecosistemas marinos. Los plásticos de un solo uso, como las bolsas plásticas, entre otros, están constituidos principalmente de polietileno de baja densidad (PEBD), son producidos en grandes cantidades y son desechados casi al instante de ser adquiridos, en consecuencia, los fabricantes adicionaron en el proceso de producción aditivos prooxidantes, plásticos que ahora se comercializan como plásticos Oxodegradables (PEBD Oxo) vendidos bajo la premisa de ser un producto biodegradable. Sin embargo, recientes investigaciones han demostrado que los aditivos prooxidantes sólo catalizan la fragmentación del plástico bajo condiciones de reacción específicas. La problemática ambiental no sólo se da como consecuencia de la producción masiva de este material, también, se da por la gestión irresponsable de los desechos plásticos y en especial aquellos fabricados con PEBD Oxo. La gestión de los residuos incluye el tratamiento y la disposición adecuada de estos. Para ello, se utiliza el tratamiento biológico de PEBD Oxo el cual consiste en emplear la habilidad de los microorganismos de producir enzimas oxidativas que escinden la compleja estructura del plástico. Pleurotus ostreatus es un hongo de podredumbre blanca (HPB) que se destaca frente a otros HPB debido a que es capaz de producir un vasto complejo enzimático que oxida compuestos complejos que tienen en su estructura enlaces C-C y anillos aromáticos, entre otros. Pese a que P. ostreatus es una alternativa promisoria para la degradación del PEBD Oxo, este por sí sólo no puede asimilarlo debido a que el PEBD Oxo es hidrofóbico, característica que dificulta la colonización de su superficie por parte de cualquier microorganismo. Por ello, en este trabajo se realizó un pretratamiento a el PEBD Oxo con plasma de O2 ya que el plasma, es capaz de modificar la superficie del PEBD Oxo volviéndolo hidrofílico y con ello facilita la adherencia y colonización de P. ostreatus. Por otra parte, las fermentaciones en sólido favorecen el crecimiento y la actividad enzimática de P. ostreatus, debido a esto se emplearon sistemas de microcosmos que, además permiten controlar factores que influyen sobre la efectividad de la fermentación. En una reciente investigación asociada a la biodegradación de PEBD Oxo con P. ostreatus, se reportó la posibilidad de emplear un sistema de microcosmos vertical (SMV) como tecnología para tratar PEBD Oxo. Sin embargo, el tratamiento presentó problemas de humedad que dificultaron la biotransformación del PEBD Oxo, por ende, en este trabajo se implementó un sistema de microcosmos horizontal (SMH) con el fin de controlar esta variable y mejorar la biotransformación del PEBD Oxo. Además de modificar la geometría del sistema, para estimular el cometabolismo fúngico se adicionó biomasa lignocelulósica (BLC) compuesta de corteza de pino, hidrolizado de levadura cervecera y papel como matriz para soportar el crecimiento de P. ostreatus. Para determinar cuál de los sistemas (SMH y SMV) favoreció la biodegradación, tanto del PEBD Oxo luego de ser sometido al plasma de O2 como de la BLC, después de someterlos al tratamiento biológico durante 135 días, se evaluó la hidrofobicidad mediante la técnica de ángulo de contacto estático (SCA, siglas en inglés) y la rugosidad mediante microscopía de fuerza atómica (AFM) del PEBD Oxo. Al finalizar el tratamiento (día 135) se observó una disminución de la hidrofobicidad del 63.63% para las láminas de PEBD Oxo contenidas en el SMH. En contraste el PEBD Oxo contenido en el SMV presentó un porcentaje de disminución del 74%. Los resultados en estas dos variables de respuestas asociadas al PEBD Oxo indican que la biodegradación del PEBD Oxo en ambos sistemas (SMH y SMV) es similar. Por su parte la actividad enzimática Lacasa (Lac) (14599 ± 3520 U Kg-1), Manganeso peroxidasa (MnP) (1962.4 ± 220.3 U Kg-1) y lignino peroxidasa (LiP) (10008 ± 2406 U Kg-1), fue significativamente mayor en el SMH que, en el SMV, Lac (10314 ± 1190 U Kg-1), LiP (2868 ± 941 U Kg-1) y MnP (576 ± 30 U Kg-1). Estos resultados sugieren que el SMH favorece la actividad de las enzimas ligninolíticas asociada a la biodegradación de compuestos recalcitrantes como el PEBD Oxo y la lignina. En cuanto a la biodegradación de la BLC, se determinó de manera semicuantitativa el grado de polimerización y condensación de la mezcla lignocelulósica mediante la técnica de fraccionamiento de carbono y el análisis de la relación E4/E6, los resultados indican que en ambos sistemas se llevan a cabo procesos de humificación directa y que en SMH empiezan a darse procesos de humificación indirecta, sin que esto implique maduración y condensación completa de la BLC. Finalmente, a partir de la BLC residual (BLC/R) se fabricó, de manera responsable, un biochar clase III. Este trabajo se realizó bajo el marco del aprovechamiento de residuos sólidos, la gestión de residuos sólidos recalcitrantes, mediante co-tratamiento de residuos en sistemas de microcosmos, así como, la generación responsable de un producto con valor comercial.