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EVALUACIÓN DE HONGO FUSARIUM CULMORUM EN BOLSAS ECOAMIGABLES
RESUMEN
Las bolsas de plástico se han convertido en un problema ecológico relevante. Se ha
acudido a diversos métodos para lidiar con esta problemática, sin embargo no han
causado un cambio importante en el manejo de sus residuos.
Ante esta problemática hemos optado por recurrir a un hongo recientemente
descubierto, el cual tiene la particularidad de degradar los plastificantes encontrados
en el PVC. Recientes estudios han demostrado que el DEHP (plastificante utilizado
para la elaboración de PVC) migra de su sitio, adhiriéndose a diferentes sustancias,
entre ellas se ha encontrado a los polietilenos.
Este trabajo se centra en poner en contacto diferentes bolsas de plástico con el
hongo y de esta manera identificar que estas bolsas pueden ser degradadas por la
presencia de cierta cantidad de plastificante.
Posterior a 60 horas del sometimiento de estas bolsas con el hongo, hallamos
actividad degradativa, lo cual indica que en efecto, los plastificantes pueden ser
encontrados en las bolsas de plástico, en menor o mayor cantidad teniendo en
cuenta la relación con sus características físicas (flexibilidad, rigidez)..
MARCO TEÓRICO
Los plásticos son polímeros orgánicos que tienen la característica de poder ser
moldeados y deformados fácilmente, además de que poseen una alta relación
resistencia/densidad, lo cual se traduce como propiedades de aislamiento térmico
eléctrico y propiedades resistentes a ácidos, disolventes y bases. Existen tres tipos
básicos de plásticos, los cuales son las resinas termoplásticas, las resinas termofijas
y los elastómeros. Su diferencia radica en que normalmente se les son añadidos,
por medio de diferentes procesos, otros aditivos como los estabilizantes, lubricantes,
plastificantes, pigmentos y colorantes que les permite a los plásticos adquirir más
1
propiedades como ser mas blandos, flexibles, de color, etc. (Castillo-Rodríguez,
2012). Tal es el caso del Di etilhexil ftalato (DEHP) en el PVC (policloruro de vinilo).
El DEHP, es un plastificante que se le añade comúnmente a los plásticos para
hacerlos más flexibles.
Ftalatos
Los ftalatos pertenecen a una familia de compuestos químicos que se usan
principalmente para producir PVC flexible y maleable, son utilizados debido a su
durabilidad y estabilidad. En estas aplicaciones se les conoce también como
“plastificantes”.
Son los más utilizados en todo el mundo y los podemos clasificar de acuerdo a su
peso molecular:
● Ftalatos altos: aquí se incluyen a los que tienen entre 7 y 13 átomos de
carbono en su cadena química principal, lo que les proporciona una mayor
permanencia y durabilidad. Los más comunes son el ftalato de diisononilo
(DINP), el ftalato de diisodecilo (DIDP) y el ftalato de dipropil heptilo (DPHP).
● Ftalatos bajos: incluyen aquellos que tienen entre 3 y 6 átomos de carbono
en su cadena química principal, los más comunes son el di (2-etilhexil)
(DEHP) y ftalato de dibutilo (DBP). (ChemicalSafetyFacts)
Anteriormente se creía que los plastificantes, eran materiales difíciles de migrar y
que no eran dañinos para el ser humano, sin embargo, estudios recientes han
demostrado lo contrario. (Muncke, J. 2012) Además de que en la producción de
plásticos de polipropileno, se utilizan catalizadores a base de ftalatos. (Muncke, J.
2012)
Bolsas de plástico
La mayoría de las bolsas de plástico están elaboradas de polietileno y polipropileno.
El polietileno se divide en principalmente en tres:
El polietileno de baja densidad (conocido como LDPE) se usa para bolsas
de un uso no tan rudo, un ejemplo de ello son las bolsas para prendas de tintorería,
2
las bolsas para comida congelada; envoltorios de plástico adherente y vasos de
bebidas.
El polietileno linear de baja densidad se usa en extrusión, películas de
plástico soplado, alimentos congelados, tubos para calefacción de suelos, película
extensible, tubos cosméticos y farmacéuticos, etc (RESINEX, 2019).
El polietileno de alta densidad se utiliza para la elaboración de envases
plásticos desechables. Se tiene entendido que éste al co-polimerizarse con el
propileno trae un polímero más resistente y a partir de él se crean bolsas de
plástico, envases de alimentos, detergentes; juguetes, entre otros productos (Pimsa,
2016).
El polipropileno (PP) es un polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se
obtiene de la polimerización del propileno. Pertenece al grupo de las poliolefinas y
es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones que incluyen empaques para
alimentos, tejidos, equipo de laboratorio y componentes automotrices. Tiene gran
resistencia contra álcalis, ácidos y diversos solventes químicos.
El plástico como residuo
El plástico se ha convertido actualmente en uno de los materiales más usados en el
mundo; desde envases, elementos para construcción, partes de vehículos, sector
sanitario, electrodomésticos, jardinería, entre muchos otros productos de uso diario.
Las razones por la cual este material es tan utilizado, es porque es un material
barato de producir, cuyo empleo es de usar y tirar, siendo que la mayoría de estos
artículos terminan en vertederos “controlados”. Pero eso no es todo, ya que esto se
extiende incluso hasta ríos, mares y océanos. En el medio ambiente, uno de los
ecosistemas más dañados justamente es el océano, ya que se calcula que
anualmente unas 10 millones de toneladas de basura van a dar ahí, y de esto, un
80% son plásticos, 8 millones de toneladas.
Esto afecta principalmente a las especies marinas, y una de estas causas son los
aditivos que el plástico contiene que contaminan el agua y son ingeridos por los
3
animales, provocando disruptores endocrinos , reacciones alérgicas e incluso 1
cáncer. Pero el problema no termina ahí, ya que estos animales pueden entrar en la
cadena alimentaria y contaminar a otros. (Recytrans, 2014)
Otros ejemplos de enfermedades que provoca el plástico son: cáncer, infertilidad,
pubertad precoz, deformaciones del pene, hiperactividad, autismo, et. Además hace
un considerable daño a la especie humana, ya que muchos aditivos que contienen
los plásticos son peligrosos para la salud, aún en muy bajas dosis. (El plástico mata,
2017)
Una de las soluciones que se ha propuesto para atacar este problema ha sido el
reciclaje, que en este caso, consistiría en la recolección de los plásticos para que
una vez terminado su ciclo de vida útil, puedan ser transformados de nuevo en
nuevos materiales. (Yáñez y Rodríguez, 2012). Sin embargo en México, esta es una
cultura que aún no se desarrolla al 100%. Según López (2014) diputada del Partido
Verde Ecologista de México “En nuestro país de 37.5 millones de toneladas de
basura que se generan al año, 60% llega a rellenos sanitarios, mientras el resto se
va a tiraderos a cielo abierto y existen 7.5 millones de toneladas de desechos cuyo
destino se desconoce”.
● Reciclaje de bolsas
A nivel mundial se ocupan 1 trillón de bolsas de plástico y menos del 5% de las
bolsas son recicladas a nivel global. En México se utilizan diariamente 20 millones
de bolsas de plástico, y de 7 mil 300 millones de bolsas utilizadas anualmente, solo
el 1% se recicla. (Acosta, 2018)
Cabe resaltar, que el reciclaje de bolsas de plástico, no es la mejor opción, sin
embargo es la más inmediata.
La mejor opción para atacar este problema de frente y completamente, sería que las
personas dejaran de utilizar las bolsas de plástico, sin embargo, muchas veces es
1 Disruptor endócrino: sustancias químicas capaces de alterar el sistema hormonal y producir
mutaciones a nivel celular.
4
casi imposible, debido a que la mayoría de las cosas que compras ya están
empaquetadas en las mismas.
Para el proceso de reciclaje, el plástico llega a lugares especiales, en los que se
selecciona y se separa manualmente, después, unas máquinas cortan las bolsas en
mil pedazos; se lavan y se centrifugan 2 veces; luego de esto, ya están listas para
ser ocupadas nuevamente.
Descomponedores
En el suelo existen muchos organismos, desde los macroscópicos como las
lombrices o las cochinillas; hasta los seres microscópicos, ya sean bacterias u
hongos (Coleman, 2004, citado por Crespo, 2013) a los que se les es asignado el
nombre de organismos descomponedores y pertenecen a la clase de los
organismos saprótrofos¹. Estos la transforman en nutrientes que pueden ser
ocupados de nuevo por los productores, creando un ciclo.
Hongos saprófitos
Según Reyes Pazos, los hongos saprófitos están presentes en todos los entornos, 2
terrestres y acuáticos, aprovechando los nutrientes de las sustancias orgánicas
donde están en contacto. Se encuentran presentes muy comúnmente sobre la
superficie externa de las plantas, donde utilizan las sustancias secretadas por ellas
para su alimentación. Los hongos suelen ser los primeros en colonizar la materia
orgánica, pues tienen la capacidad metabólica de degradar la pared celular y liberar
el contenido del protoplasma, el cual es más fácilmente degradable. Suelen
comenzar la degradación desde el tallo, pero avanzan sobre los órganos,
infectando las hojas, ramas o hasta la planta entera. Ejemplos de estos hongos
descomponedores son la familia de Scopulariopsis, Fusarium, Phytophthora,
Pythium y Rhizoctonia(INTAGRI).
La familia Fusarium tienen una particularidad, ya que puede descomponer la pared
vegetal y además degradar plastificantes gracias a sus enzimas cutinasas. Sin
embargo, el único plastificante que se tiene registro en su degradación es el DEHP
encontrado en el PVC.
2 Saprótrofos: organismos que se alimentan de los restos de materia orgánica.
5
Fusarium y otras familias de hongos degradadores de plástico
Además de la familia de Fusarium, existe otra especie relevante con esta
característica degradadora, el hongo Pleurotus ostreatus:
1. Pleurotus ostreatus también puede mineralizar los plastificantes, sin embargo
no es una degradación completa. La diferencia de esta actividad enzimática radica
en que Pleurotus ostreatus produce una menor cantidad de cutinasas en
comparación con las que produce F. culmorum (Sánchez C. 2016).
2. Fusarium oxysporum: La presencia de Fusarium oxysporum en el medio de
cultivo conteniendo DEHF podría ser debida a las enzimas que posee, lo que le
permite emplear este compuesto como única fuente de carbono y energía. Se ha
reportado que la cutinasa forma parte del sistema enzimático de este hongo, misma
que participa de manera importante en la degradación de ftalatos. (Sánchez C.
2016)
Fusarium culmorum
W.G. Smith (2002) indica que son colonias de crecimiento rápido, vellosas,
algodonosas, inicialmente blancas, y, en algunos medios de cultivo, con una
pigmentación rosa en el centro que difunde a todo el cultivo. Las colonias
pigmentadas tienen el centro rosanaranja intenso, con zona marginal rosa pálido y
bordes blancos. Reverso de color rosa-naranja intenso.
Fusarium culmorum es un fitopatógeno y se ha observado en pacientes con asma. 3
Fusarium culmorum requiere de un alto contenido de humedad en el substrato para
su crecimiento y la síntesis de micotoxinas (> 20 %) pero ocasionalmente se
desarrolla en almacén cuando es expuesto a bajas temperaturas y alta humedad o
si el grano ha sido secado insuficientemente y de forma rápida.
Las condiciones en las que puede subsistir y crecer son: Temperaturas de 25°C, un
pH bajo, actividad de agua de 0.99. Además de que es una especie muy tolerante a
las bajas tensiones de O2 y presenta una alta resistencia a la radiación.
El hongo fusarium culmorum degrada el plastificante di(2-etilhexil)ftalato→DEHP
3 Fitopatógeno: Agentes nocivos que provocan enfermedad a las plantas que infectan.
6
El hongo Fusarium culmorum produce unas enzimas llamadas cutinasas, las cuales
tienen el poder de degradar los ftalatos. Tiene la capacidad de degradar
completamente el plastificante debido a su gran producción de estas enzimas.
Los plastificantes también se encuentran en las tintas que se usan en las industrias
papeleras y como componentes de los adhesivos que se encuentran en los sobres
de papel y cajas de cartón. Se ha encontrado que el plastificante DEHP del PVC, es
metabolizado por el hongo dando como producto butanodiol.
El butanodiol es conocido como una sustancia psicoactiva. Además de ser utilizado
en la industria cosmetiquera debido a su característica retenedora de humedad y
ayuda, además a que otras sustancias sean solubles en agua.
Cutinasas
Son enzimas hidrolíticas que catalizan la hidrólisis del polímero lipídico “cutina”. La
cutina es un polímero que consta de ácidos grasos de cadena larga que están
unidos entre sí por enlaces tipo éster, creando una red tridimensional rígida, está
formada principalmente por ácidos grasos 16:0 y 18:1 con grupos hidroxilo o
epóxidos situados en la parte media de la cadena o 14 al final, en el lado opuesto al
grupo carboxilo (Purdy y Kolattukudy, 1975 citado por Zúñiga, 2013 pag.14).
Según Zúñiga, la cutina tiene un papel importante en la protección de la pared del
tallo de las plantas ya que impide el acceso de patógenos.
A pesar de ello, se han encontrado microorganismos capaces de desnaturalizarla
por medio de enzimas denominadas cutinasas. Lo que hacen las cutinasas es
romper el enlace éster de la cutina provocando la liberación de sus monómeros.
Además de que pueden hidrolizar ésteres solubles y triglicéridos lo cual ha
promovido su aplicación en la industria alimenticia, de detergentes, degradación
enzimática de sustancias tóxicas y polímeros sintéticos.
Además pueden hidrolizar ésteres solubles y triglicéridos. Esta característica ha
promovido su aplicación en la industria alimenticia, de detergentes, producción de
biodiesel, degradación enzimática de sustancias tóxicas y polímeros sintéticos.
Hace mención a que la producción de la cutinasa es reprimida por la glucosa e
inducida por la cutina hidrolizada o sus principales constituyentes tales como el
7
ácido 16-hidroxihexadecanoico, el ácido 10,16-dihidroxihexadecanoico y el ácido
9,10,18-trihidroxipalmitico.
Hemos escogido este hongo en particular debido a que tiene varios beneficios como
lo son su fácil obtención y el tiempo que tarda en degradar los plastificantes;
además, por ser un hongo que aún no se ha estudiado lo suficiente y que creemos
tiene un potencial que se puede explotar muchísimo más, centrándonos en el tema
de los residuos plásticos.
OBJETIVO GENERAL
Evaluar la degradación de los plastificantes por el hongo Fusarium culmorum, en
diferentes tipos de bolsas.
OBJETIVO PARTICULAR
1. Cultivar en condiciones de laboratorio el hongo Fusarium culmorum.
2. Comprobar la degradación de Fusarium culmorum para cada bolsa de
plástico.
3. Comparar el grado de degradación en cada tipo de bolsa por Fusarium
culmorum para identificar la interacción más eficaz.
PROBLEMA
Las bolsas de plástico se han vuelto un producto de alto consumo y escasa
reutilización. Es ampliamente conocido que hay intentos donde las modificaciones
en su estructura y composición, las hacen más amigables al ambiente. Sin embargo,
su alta demanda y desecho, siguen generando un alto porcentaje de residuos, los
cuales afectan la salud del ser humano e influyen negativamente en el ambiente. De
lo anterior, surge la siguiente pregunta: Si los hongos favorecen la degradación de
los plásticos ¿cómo éstos pueden ayudar a reducir los altos contenidos de residuos
plásticos que hay en los vertederos o depósitos de desechos?
HIPÓTESIS
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Exponer cultivos del hongo Fusarium culmorum con muestras provenientes de
diferentes tipos de bolsas, que a su vez presentan variación en su grosor, color y
flexibilidad, obtener una posible degradación podría demostrar cierta relación con el
supuesto contenido de plastificante que el hongo F. culmorum es capaz de
aprovechar.
DESARROLLO
Cultivo de Fusarium culmorum
El cultivo de Fusarium culmorum inició con la identificación del sustrato más
adecuado para su crecimiento natural. Se seleccionaron tres tipos de sustratos (ver
figura 1), aunque el plátano en descomposición era el más recomendado según la
literatura (Smith, 2002).
Figura 1. Sustratos utilizados para el
crecimiento natural de Fusarium culmorum. En
la foto se puede apreciar un plátano, aguacate
y limón en proceso de descomposición y con
evidencia de un micelio blanco relacionado
con el hongo de interés. Las variables para el
desarrollo del presente micelio, fue tierra
húmeda y temperatura ambiente.
Una vez que el micelio mostró cierto grado de crecimiento en los tres sustratos, se
procedió al aislamiento de los micelios obtenidos, lo cual sirvió como la prueba de
identificación de F. culmorum y como primer cultivo de éste. Dicho aislamiento y
prueba fue mediante la utilización de medio de cultivo Agar Dextrosa-Papa en placa
de petri y la siembra de muestras de los micelios obtenidos (ver figura 2). La
incubación de F. culmorum fue mediante la utilización de incubadora tipo estufa del
laboratorio a una temperatura de 25°C (ver figura 3).
Figura 2. Proceso de elaboración de placas de
petri de Agar Dextrosa-Papa, para el
aislamiento y cultivo del hongo Fusarium
culmorum.
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Figura 3. Incubadora de una variable tipo
estufa. Instrumento utilizado para mantener la
temperatura de 25°C de manera constante.
Degradación de bolsas de plástico por Fusarium culmorum
El éxito en el aislamiento y cultivo de F. culmorum permitió realizar el proceso
experimental de degradación de las bolsas de plástico. Para este proceso se
utilizaron placas de petri con Agar Dextrosa-Papa para exponer a F. culmorum con
las muestras de las bolsas seleccionadas y con dos muestras de PVC.
Para hacer más eficiente el uso de los recursos del laboratorio, en total se utilizaron
16 placas de petri divididas en tres secciones (ver figura 4). En dichas secciones, se
expusó o no al hongo con las diferentes muestras de bolsas de plástico y las dos
muestras de PVC (ver tabla 1).
Figura 4. Ejemplo de placa de petri con
divisiones para la experimentación de la
degradación de Fusarium culmorum. La
sección identificada con C, corresponde al
control, mientras que las secciones B3 y B4,
corresponden a las secciones con las
muestras de las bolsas 3 y 4 respectivamente
(ver tabla 1).
10
Tabla 1. Codificación y ubicación de las muestras de las bolsas de plástico y el PVC que se expusieron a Fusarium culmorum.
Código Bolsa utilizada Fotografía Ubicación en placa de petri
B1
Bolsa biodegradable
B2
Bolsa transparente
B3
Bolsa verde
Código Bolsa utilizada Fotografía Ubicación en placa de petri
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B4
Bolsa negra
B5
Bolsa plateada y rígida
PVC1 Consistencia flexible y delgada
PVC2 Consistencia rígida y ancha
RESULTADOS Tabla 2. Cultivo de hongo Fusarium culmorum en medio Agar Dextrosa-Papa obtenidos de sustrato de plátano en descomposición. En cada uno de los cultivos se evidencia el color rosado en la base del micelio, distintivo de F. culmorum.
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Al observar los diferentes medios de cultivo en donde se colocaron los trozos de
PVC y bolsas plásticas, observamos con ayuda del microscopio estereoscópico los
diferentes medios, detectando actividad degradativa en la muestra de bolsa número
5.
En las muestras de las demás bolsas encontramos un porcentaje menor del hongo.
En el cultivo que contiene PVC descubrimos que el hongo comenzaba a envolver la
estructura de este plástico, sin embargo, aún no había indicios de degradación.
Tabla 3. Interacción de la degradación de los plastificantes en base al tiempo expuesto. Código de bolsas
24 hrs 48 hrs 60 hrs Evidencias
B1 No perceptible Interacción muy ligera
Interacción muy ligera
B2 No perceptible No perceptible No perceptible
13
B3 No perceptible Interacción muy ligera
Interacción muy ligera
B4 No perceptible Interacción muy ligera
Interacción perceptible
B5 No perceptible Interacción muy ligera
Interacción con visible cambio
PVC 1 No perceptible Interacción muy ligera
Interacción perceptible
PVC 2 No perceptible Interacción muy ligera
Interacción perceptible
ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
En la mayoría de los cultivos no se mostró una prueba relevante de la degradación,
lo que nos hace suponer que esto tiene relación con el tipo de bolsas que se
utilizaron y a la falta de desarrollo que presentaba el hongo.
Como pudimos constatar anteriormente, la bolsa número 5 fue la que presentó
mayor índices de degradación; sospechamos que dicha bolsa está comprendida de
un mayor porcentaje de plastificante.
14
CONCLUSIONES
Gracias a los resultados obtenidos podemos concluir que las bolsas de plástico
contienen cierto porcentaje del plastificante DEHP independientemente de que el
material fuese PVC o no. Además, este varía en cantidad de acuerdo a las
cualidades encontradas en cada bolsa.
Los resultados no fueron en su totalidad los esperados ya que según nuestras
indagaciones, la bolsa que sería mayormente degradada sería la biodegradable
debido a su alta flexibilidad y por ende una una mayor cantidad de plastificantes. Sin
embargo descubrimos e identificamos que el plastificasnte DEHP ciertamente puede
encontrarse en otros productos que no fueran PVC.
Logramos identificar DEHP en diferentes bolsas de plástico lo que nos permitió
degradarlas y así cumplir con nuestro objetivo.
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