Biotransformación de polietileno de baja densidad (LDPE) y LDPE oxo-biodegradabl empleando Pleurotus ostreatus y residuos lignocelulósicos de pino (Pinus caribaea)

Abstract

El polietileno de baja densidad o low-density polyethylene (LDPE) por sus siglas en inglés, representa del 20-30 % del total de residuos sólidos generados a nivel mundial y es de especial importancia por su persistencia en el ambiente e impacto negativo para los organismos y ecosistemas. Como respuesta a esta problemática, el manejo actual de residuos de LDPE está orientado hacia el desarrollo de alternativas biodegradables como los LDPE oxo-biodegradables. Estos plásticos incorporan pro oxidantes que al ser expuestos a altas temperaturas o radiación UV se degradan para formar grupos polares como hidroxilos y carbonilos que promueven la degradación microbiana. Particularmente, se ha evidenciado que el tratamiento con plasma promueve la biotransformación del polietileno al favorecer la formación de estos compuestos. En general, es de interés encontrar estrategias que permitan biodegradar LDPE y LDPE oxo-biodegradable puesto que el manejo convencional de residuos presenta un alto costo y efectos negativos para el medio ambiente.

Adicionalmente, en Colombia el sector agroforestal genera residuos como corteza de pino que se degradan lentamente y no son aprovechados en su totalidad. En consecuencia, se encuentra que los hongos ligninolíticos como Pleurotus ostreatus son de interés para la biotransformación de corteza de pino y LDPE por la capacidad de sus sistemas enzimáticos ligninolítico para degradar un amplio rango de sustratos. Por tanto, este trabajo presenta un proceso simultaneo de bioconversión de biomasa lignocelulósico y láminas de polietileno de baja densidad oxobiodegradable pretratadas con plasma de O2 empleando el hongo Pleurotus ostreatus.

El presente trabajo de grado para optar por el título maestría en Ciencias Biológicas tuvo como objetivo general biotransformar láminas de polietileno de baja densidad (LDPE) y LDPE oxo-biodegradables pretatadas con plasma de O2 empleando al hongo Pleurotus ostreatus. Para esto se evalúo la biotransformación de láminas LDPE y LDPE oxo-biodegradables pretratadas con plasma de O2 en medio Radha modificado en sistemas in vitro de cámara húmeda. Posteriormente se determinó el efecto de la adición de corteza de pino sobre la biotransformación de LDPE y LDPE oxo-biodegradable y por último, se llevó a cabo la biotransformación de LDPE oxo-biodegradable en sistema de microcosmos a 75 días que incorporó una mezcla llenante compuesta por corteza de pino, toallas de papel e hidrolizado de levadura cervecera en una proporción 3:3:1.

Para el primer objetivo específico se buscó evaluar la capacidad de Pleurotus ostreatus para biotransformar LDPE y LDPE oxo-biodegradable (Oxo: plástico biodegradable traslúcido y OxoC: plástico biodegradable amarillo) previamente sometido a un tratamiento con plasma de O2 al 100 % en medio Radha modificado a 150 días en sistema de cámara húmeda. Determinando para el hongo la colonización (mm), producción de pigmentos difusibles (mm), oxidación de ABTS [ácido 2,2’ azino-bis-(3 etilbenzatiazoline sulfato)] (mm) y actividad enzimática ligninolítica lacasa, manganeso peroxidasa y lignino peroxidasa (U/kg). Para los LDPE se determinaron cambios en el ángulo de contacto como indicador de disminución en la hidrofobicidad del polímero, rugosidad, grupos funcionales del LDPE así como colonización del mismo. Con lo que fue posible encontrar crecimiento, actividad ligninolítica y cambios del polímero tanto en el LDPE como en el LDPE oxo-biodegradable por parte de P. ostreatus. Particularmente, se observó mayor crecimiento de P. ostreatus (3876 mm2), actividad enzimática manganeso peroxidasa (512 U/kg), disminución de la hidrofobicidad (67.86%, p<0.050) y disminución de grupos funcionales CH3 y CH2 (2900 cm-1 y 2800 cm-1) en el medio Radha con LDPE oxo-biodegradable traslúcido Oxo. En general, los resultados presentaron evidencia de la biotransformación de LDPE y LDPE oxo-biodegradable que ha sido sometido a plasma en el medio Radha modificado por la actividad de P. ostreatus.

Como parte del segundo objetivo específico se evaluó el efecto de la adición de corteza de pino compostada y medio Radha en la biotransformación de LDPE y LDPE oxo-biodegradable (Oxo y OxoC) por P. ostreatus. Para esto se llevó a cabo una caracterización fisicoquímica del sustrato y una prueba de colonización para evaluar la producción de biomasa y actividad ligninolítica de P. ostreatus. Así como cambios en la hidrofobicidad, rugosidad, grupos funcionales y colonización del LDPE y LDPE oxo-biodegradable. Con lo que fue posible evidenciar que P. ostreaus produce biomasa (153.29 g/kg), presenta actividad ligninolítica lacasa (6610 U/kg), lignino peroxidasa (24003 U/kg) y manganeso peroxidasa (1890 U/kg) (p<0.050) a 60 días la incorporar pulsos de nutrientes al emplear el medio Radha modificado. Adicionalmente, P. ostreatus genera cambios relevantes en el plástico oxo-biodegradable Oxo: permite una disminución de la hidrofobicidad del 86.2 %, disminución de grupos funcionales CH3 y CH2 (2900 cm-1 y 2800 cm-1) y presencia del enlace C-O (1076 cm-1) que indica oxidación del mismo. Por tanto, fue posible concluir que la adición de corteza de pino y medio Radha modificado favorece la biotransformación de LDPE oxo-biodegradable Oxo pretratado con plasma de O2 por P. ostreatus.

Por último, para el tercer objetivo específico se determinó la biotransformación de LDPE oxo-biodegradable Oxo en sistema de microcosmos que incorporó una mezcla llenante compuesta por corteza de pino, toallas de papel e hidrolizado de levadura cervecera en una proporción 3:3:1. Para esto se evalúo el contenido de carbono total (COT), producción de CO2, actividad ligninolítica, así como cambios en la hidrofobicidad, grupos funcionales y colonización del LDPE oxo-biodegradable Oxo. Con lo que se evidenció una disminución del 41.38 % en el contenido de carbono orgánico, producción de CO2 de 2323.11 mg/kg y actividad ligninolítica lacasa (5266 U/kg), lignino peroxidasa (169437 U/kg) y manganeso peroxidasa (5535 U/kg) a 75 días. Por otra parte, en cuanto a biotransformación de LDPE oxo-biodegradable Oxo se registró una disminución de la hidrofobicidad en un 83.32 %, colonización del polímero por la presencia de hifas y micelio, así como cambios en los grupos funcionales CH3 y CH2 (2900 cm-1 y 2800 cm-1) y presencia de grupos polares producto de la oxidación del polietileno de tipo hidroxilo OH (3400-3200 cm-1) y asociados a la presencia del enlace C-O (1076 cm-1). Estos resultados resaltaron la posibilidad de realizar un co-tratamiento de material lignocelulósico y LDPE oxo-biodegradable empleando P. ostreatus.