CANTUA. 2017; 16: 54-63
Fecha de recepción: 21.05.2017
Fecha de aceptación:18.10.2017
Efectividad de cepas de Aspergillus y Penicillium en la degradación de polietileno de baja
densidad aislados en los botaderos de los Distritos de Sicuani y Calca- Cusco.
Effectiveness of Aspergillus and Penicillium strains in the degradation of low-density
polyethylene isolated in the dumps of the Districts of Sicuani and Calca-Cusco.
Autores: Martha N. Mostajo-Zavaleta
1,
a
, María L Ochoa-Cámara
1, b
, Ruth L. Ambur-
Soncco
1,c
1
Escuela profesional de Biología, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional De San Antonio
Abad del Cusco. Cusco, Perú.
a
ORCID: 0000-0002-4350-9283
b
ORCID: 0000-0002-3917-6172
c
ORCID: 0000-0003-1798-1485
RESUMEN
El plástico es un material sintético, casi indispensable en la vida cotidiana, la producción
desmesurada ha llevado a la acumulación de aproximadamente 1.000 millones de toneladas de
plásticos en el planeta, causando un impacto ecológico en suelos y océanos. Se evaluó la
eficiencia de degradación de Polietileno de baja densidad por cepas de Aspergillus y
Penicillium, aislados de los botaderos de los distritos de Calca y Sicuani- Cusco. Para el
aislamiento de hongos de residuos de plástico, se utilizó el método por incrustación, la
identificación taxonómica de las cepas se realizó utilizando el sistema de identificación para
especies de Aspergillus y Penicillium propuesto por Pitt. La concentración de esporas y la
actividad degradadora de polietileno se determinó por el Método de Kavelman. & Kendrick. Se
aislaron 7 cepas degradadoras de polietileno, de las cuales 4 corresponden a Aspergillus flavus,
y 1 cepa a Penicillium sp, proveniente del botadero de Sicuani; 2 cepas a Aspergillus terreus
aisladas del botadero de Calca. Las cepas más eficientes en degradación de polietileno fueron
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3AS y 3BS aisladas de superficie con 50 y 29 % de eficiencia y la cepa 1BS aislada a 50 cm de
profundidad con una eficiencia de degradación de 29 %, todas pertenecen a la especie de
Aspergillus flavus, la cepa 2AS de Penicillium sp, se aisló a 50 cm de profundidad, con 15 % de
eficiencia, aisladas del botadero de Sicuani. Las cepas 1AC, 1EC de Aspergillus terreus, con 15
y 17 % de eficiencia, fueron aisladas de superficie del botadero de Calca respectivamente. El
Consorcio I constituido por 3 cepas de Aspergillus flavus fue el más eficiente degradando 44.3
% de polietileno, los consorcios II y III presentaron la misma eficiencia de degradación
estadísticamente con 26 y 19 %.
PALABRAS CLAVE: Aspergillus flavus, cepas, degradación, polietileno, consorcio.
ABSTRACT
Plastic is a synthetic material, that is almost indispensable in everyday life, but excessive
production has led to the accumulation of approximately 1 billion tons of plastics on the planet,
causing an ecological impact on soils and oceans. The purpose of the research work was to
evaluate the degradation efficiency by Aspergillus and Penicillium strains in the degradation of
low density polyethylene isolated in the dumps of the Sicuani and Calca districts- Cusco. We
used the incrustation for the isolation of fungi from the plastic residues. The taxonomic
identification of the strains was permormed using the Watanabe guide and the system proposed
by Pitt for Aspergillus and Penicillium. The spore concentration and the polyethylene
degradation activity was determined by the Kavelman and Kendrick. Seven polyethylene
degrading strains were isolated, of which 4 correspond to Aspergillus flavus, and 1 to
Penicillium sp, from the Sicuani dump; 2 Aspergillus terreus strains isolated from the Calca
dump. The most efficient strains in polyethylene degradation were 3AS and 3BS isolated from
the surface with 50 and 29% efficiency and the 1BS strain isolated at 50 cm depth with a
degradation efficiency of 29%, all belong to the Aspergillus flavus species, the 2AS strain of
Penicillium sp, was isolated at 50 cm depth, presented an efficiency of 15%, isolated from the
Sicuani dump. The 1AC and 1EC strains of Aspergillus terreus have a degradation efficiency of
15 and 17%, isolated from the surface and 5 cm deep from the Calca dump. Consortium I, made
up of 3 strains of Aspergillus flavus, was the most efficient, degrading 44.3% of polyethylene.
Consortia II and III presented the same degradation efficiency statistically with 26 and 19%.
KEYWORDS: Aspergillus flavus, strains, polyethylene, degradation, consortium.
INTRODUCCIÓN
El polietileno es un material plástico usualmente presente en envases descartables. En la
actualidad, los plásticos son muy utilizados y fabricados en grandes cantidades (Allsopp et al.
2007). Está compuesto por monómeros de oleofinas, que conjuntamente con el cloruro de
polivinilo son los plásticos de mayor uso en el Perú y en el mundo; se utilizan principalmente
en la fabricación de rollos de plástico para envolturas, películas, tuberías y botellas de bebidas
gaseosas (Sudhakar, 2008).
Cada año se consume aproximadamente alrededor del mundo, entre 500 billones y un trillón de
bolsas plásticas (Programa de las Naciones Unidas para el medio ambiente. 2005 (PNUMA);
los cuales son considerados como un problema ambiental debido a su difícil degradación, como
contaminantes más importantes de los suelos que ocupan espacio en los vertederos de basura,
cuerpos de agua, ríos y océanos (Allsopp et al. 2007).
La acumulación de residuos plásticos en el mundo está dando lugar a problemas en el manejo
de la gestión ambiental y de residuos sólidos, especialmente los plásticos de baja densidad,
debido a que tienen muy poca masa, reciclar no es económicamente viable. (Albertsson AC. et.
al. 1995).
La ciudad del Cusco tiene una población de 348 935 habitantes (INEI, 2007), que genera un
promedio total de 4,072.26 toneladas métricas mensual de residuos sólidos, con una producción
per cápita de 0.82 kilogramos por habitante, , aproximadamente un 18.18 % de este, es plástico
(Municipalidad Distrital del Cusco, 2011) proveniente del consumo creciente de múltiples
productos de uso cotidiano, rural o industrial, cuyos residuos son llevados a diario a los
botaderos, a esto se suma la mala actividad de la población en cuanto a la quema de
plásticos, generando así la eliminación de contaminantes como dioxinas y furanos , que
producen enfermedades principalmente a nivel de las vías respiratorias del ser humano (Efectos
de la quema de plásticos sobre la salud 2014). La presencia de una alta masa de plásticos de
baja densidad aumenta el volumen de los residuos sólidos en los botaderos ya que su
degradación demora entre 400 a 1000 años (Estadísticas sobre las bolsas plásticas - VeoVerde
2010), lo que genera persistencia en el ambiente y por ende un elevado impacto ambiental.
Sony et al 2009. reportaron la degradación del polietileno por cepas de hongos y bacterias
logrando aislar una enzima fúngica capaz de degradar plásticos. Por lo que, en el presente
trabajo, se probó la efectividad de cepas de Aspergilllus y Penicillium como biodegradadores
de polietileno de baja densidad (LDPE), aislados de residuos de plásticos presentes en los
botaderos de Sicuani y Calca; se aisló e identifico especies de hongos que degradan polietileno
de baja densidad a diferentes profundidades de los botaderos del distrito de Sicuani y Calca, se
determinó cepas con mayor eficiencia en la degradación de LDPE y se evaluó la eficiencia de
consorcios de cepas seleccionadas en base al porcentaje de degradación de polietileno.
METODOLOGÍA
Trabajo en Campo
Determinación de los puntos de muestreo.
Las muestras se colectarán en los botaderos de los distritos de Sicuani y Calca. El muestreo se
realizó al azar, en cinco puntos de los botaderos de basura, en superficie y 50 cm de
profundidad, las muestras de restos de bolsas de plástico fueron colocadas en frascos de vidrio
estériles y llevadas en material refrigerante al laboratorio de Ecología de la Escuela
Profesional de Biología-UNSAAC.
Trabajo en laboratorio
Aislamiento de Hongos
Las muestras de bolsas de plástico se lavaron con agua destilada estéril, seguidamente se
colocaron en una solución de cloranfenicol al 0.5mg/ml por 60 minutos, luego fueron
enjuagadas con agua destilada estéril durante 30 minutos. Posteriormente se fraccionaron en
trozos más pequeños, y se procedió a la siembra en placas petri con agar PDA, incubándose a
25°C por 5 días. Una vez desarrolladas las colonias de hongos, se realizó la purificación de
cepas, con el propósito de obtener cultivos puros, obteniéndose los ceparios que fueron
conservados a 4°C en refrigeración correctamente codificados.
Identificación Taxonómica de los hongos aislados
Para la identificación taxonómica se realizó un estudio macroscópico describiendo las
características de las colonias y el estudio microscópico observando los conidios y
estructuras reproductivas de los hongos. Para la determinación de genero de
micromycetos se consultó la guía de Watanabe T. (2002).
Características utilizadas en la identificación de especies de Aspergillus. Para clasificar las
especies del género Aspergillus y sus teleomorfos se utilizó el sistema de identificación
propuesto por Pitt (2001), utilizando tres medios de cultivo y dos temperaturas de incubación.
Cada cepa se sembró en tres puntos en dos placas de medio CYA (Czapek Yeast extract agar),
una placa de CYA con 20% de sacarosa (CY20S), y una placa de MEA (agar extracto de
malta). Una de las placas de CYA se incuba a 37º C y las restantes a 25º C. Tras siete días de
incubación se procedió a la observación de las características morfológicas macroscópicas y
microscópicas de los cultivos.
Principales características macros-cópicas:
- diámetro de las colonias
- coloración del anverso y del reverso de las colonias
- presencia de esclerocios
- presencia de gotas de exudado
- presencia de pigmento difusible
- textura de las colonias
Principales características micros-cópicas:
- disposición de las métulas o fiálides sobre la vesícula
- longitud y anchura de los estipes
- forma y diámetro de las vesículas
- longitud y anchura de las métulas y fiálides
- forma, diámetro, ornamentación y color de los conidios
- forma, tamaño y color de las células de Hülle
- forma, tamaño y color de las ascosporas. Pitt, J. (2001).
Determinación de la concentración de esporas
Obtención de esporada. (Método de Kavelman R. & Kendrick B. 1978). Obtenida la esporada
en placas Petri, se transfirió 10 ml de agua destilada con 1% de twenn estéril a cada placa.
Luego este inoculo fue trasferido a un erlen meyer conteniendo 50 ml de agua destilada con
1% de Twenn, se homogenizo y se procedió al recuento de esporas en una cámara Neubauer,
se realizó diluciones si fue necesario hasta obtener una concentración de 10
5
esporas por ml.
Actividad degradadora de polietileno descritos por Kavelman R. & Kendrick B. 1978 Una
vez obtenida la concentración de esporas de cada cepa se procedió a evaluar la eficiencia
degradadora de polietileno de baja densidad, para lo cual se prepararon láminas de bolsas de
plástico de baja densidad. Se transfirió 3 láminas de plástico de un mismo peso a un erlen
meyer conteniendo 250 ml de medio liquido carente de fuente de carbono más 1% de tween, al
cual se inoculo 10 ml de una concentración de 10
5
esporas y se incubo a temperatura de 25°C
durante 45 días. Este procedimiento se realizó para cada una de las cepas aisladas.
Al final de la incubación se desinfecto con una solución de hipoclorido de sodio al 5% las
láminas de plástico, para eliminar el biofilm generado en la superficie, luego estas laminas
fueron sometidas a secado hasta obtener peso constante; posteriormente se pesaron en una
balanza de precisión analítica gravimétrica, modelo S 2000 ( ± 0,0001g), con el propósito de
determinar el peso perdido por la degradación de los hongos, finalmente se determinó el
porcentaje de degradación de cada cepa evaluada. Posteriormente se formaron 3 consorcios de
cepas seleccionadas en base a la eficiencia de degradación y se evaluó el incremento en cada
consorcio. La metodología para la evaluación de la eficiencia de degradación de los consorcios
fue la misma que se utilizó para la evaluación de cepas, con la diferencia de que se utilizó un
erlen meyer conteniendo 1 litro de medio carente de fuente de carbono más 1% de tween, al
cual se adiciono 20 ml de inoculo de 10
5
esporas de cada una de las cepas seleccionadas para
cada consorcio. Se incubo a 25°C por un tiempo de 45 días. A cada medio líquido de cultivo se
adiciono una fuente de oxígeno, para lo que se utilizó un motor de aireación para acuario,
modelo AP-208.
Se formaron 3 Consorcios de cepas seleccionadas agrupadas en base al porcentaje de
degradación, evaluando el incremento de degradación en cada consorcio por diferencia de
peso.
Tratamiento Estadístico de datos
Para el análisis de datos estadísticos se utilizó ANOVA y Prueba Múltiple de Rangos para Peso
Degradado por Consorcio de cepas, con la finalidad de determinar los consorcios de cepas
más eficientes en la degradación de polietileno de baja densidad.
RESULTADOS
Identificación y determinación de cepas degradadoras de polietileno de baja densidad
aisladas de los botaderos de Sicuani y Calca
Se aislaron siete cepas degradadoras de polietileno de baja densidad, cinco del botadero de
Sicuani y dos del botadero de Calca. Las cepas 3ASy 3BS aisladas de la superficie del
botadero de Sicuani, degradaron con mayor eficiencia polietileno de baja densidad y
corresponden a la especie Aspergillus flavus, teniendo un rendimiento de 50, 29 % a excepción
de la cepa 2CS que degrado un 14 %; a 50 cm se aislaron la cepa 1BS que corresponde a A
.flavus y la cepa 2AS a Penicillium sp, con una capacidad de degradación de polietileno de
baja densidad de 29 y 15 % respectivamente. Las cepas 1AC y 1EC aisladas de la
superficie del botadero de Calca, corresponden a la especie A. terreus, degradaron 17 y 15 % de
polietileno de baja densidad (tabla 1).
Tabla 1.
Especies de hongos degradores de LDPE aislados a diferentes profundidades de
los botaderos de Calca y Sicuani.
Evaluación de la eficiencia de Consorcios de cepas por peso degradado de polietileno
Resultados en relación a la eficiencia de degradación por consorcios de cepas, revelaron
que
existe diferencia al 95 % de significancia, en la degradación de LDPE
en
los tres consorcios
evaluados (F
2,6
=
10,22; P < 0,001). Los resultados indican la relación positiva entre el efecto
de los consorcios y pesos degradados de polietileno (expresado en %). Así el Consorcio I
constituido por 3 cepas de Aspergillus flavus, fue el que presento mayor eficiencia en la
degradación de LDPE (44.3 %), el Consorcio II degrado 26 %, constituido por dos cepas de
Aspergillus terreus y el Consorcio III un 19 % formado por una cepa de Aspergillus flavus y
una cepa de Penicillium sp, teniendo estadísticamente la misma eficiencia
(Tabla.2 y fig. 1)
Profundidad
Cepas-
Sicuani
%
Cepas-
Calca
% de
Degradación
Degradación
Superficie
3AS
A.flavus
50
1AC
A.terreus
15
3BS A.
flavus
29
2CS
A.flavus
14
---
------
1EC
A.terreus
17
50 cm
1BS
A.flavus
29
-------------
-----
2AS
Penicillium
sp
15
Tabla 2.
Porcentaje de degradación de polietileno de Consorcios de cepas.
Consorcio de cepas
% de
degradación
3AS
A.flavus
I
3BS A.
flavus
44.5
2CS
A.flavus
II
1AC
A.terreus
26
1EC
A.terreus
III
2CS A. flavus
19
2AS Penicillium sp.
4
3
2
1
0
I
II
III Consorcio de Sepas
Figura 1. Eficiencia de degradación de polietileno de los 3 Consorcios de cepas
evaluadas.
DISCUSIÓN
De acuerdo a los resultados obtenidos en el presente trabajo el 57 % de cepas que degradan
polietileno corresponden a Aspergillus flavus provenientes del botadero de Sicuani, de las
cuales las cepas aisladas de superficie fueron las más eficientes con un promedio de
degradación de
LDPE
de 36 %, coincidiendo con Arancibia (2014) quien obtuvo buenos
resultados de degradación en condiciones de aerobiosis. Méndez et al. (2012), en su trabajo
aisló una cepa de la especie Aspergillus flavus que demostró ser regular degradadora del
polietileno. El 29 % de cepas degradadoras corresponden a Aspergillus terreus que degradaron
en un rango de 17 a 15% provenientes del botadero de Calca y el 14% de cepas degradadoras
corresponden a Penicillium sp. provenientes del botadero de Sicuani que degrado 15% de
polietileno, estas especies también fueron aisladas por Méndez et al. (2012) y Uribe et al.
(2010), demostrando que las especies del género Aspergillus y Penicillium son degradadoras de
polietileno.
Al evaluar la eficiencia de los consorcios de cepas degradadoras de polietileno, se ha
observado, que la agrupación de cepas incrementa la degradación, es así que el Consorcio I
formado por 3 cepas de A. flavus incrementó el porcentaje de degradación de dos de ellas en un
15.3 %, lo mismo ocurrió con el consorcio II constituido por 2 cepas de A. terreus donde se
incrementó un 11% la degradación y en el consorcio III formado por una cepa de A. flavus y
una cepa de Penicillium sp se incrementó en un 6 %, indicándonos que la agrupación de cepas
de diferentes géneros potencia en menor cantidad la degradación. Coincidiendo con (Restrepo.
J &Thompson. M, 2014) quien menciona que los estudios se hacen con cepas puras, lo cual es
improbable que ocurra naturalmente y son consorcios enteros los que participan en la
biodegradación, y la biodiversidad de éstos varía de acuerdo al tipo de ambiente.
CONCLUSIONES
Se aislaron 7 cepas degradadoras de polietileno, de las cuales 4 corresponden a Aspergillus
flavus provenientes del botadero de Sicuani, tres cepas aisladas de superficie, una a 50 cm de
profundidad, y la cepa de Penicillium sp, aislada a 50 cm de profundidad; dos cepas de
Aspergillus terreus aisladas de la superficie del botadero de Calca. Las cepas más eficientes en
la degradación de polietileno de baja densidad, corresponden a Aspergillus flavus con un
promedio de 36 %, aisladas de superficie y 50 cm de profundidad, del botadero de Sicuani. El
Consorcio I constituido por 3 cepas de Aspergillus flavus fue el más eficiente con 44.3% de
degradación de polietileno de baja densidad. El Consorcio II, constituido por dos cepas de
Aspergillus terreus y el Consorcio III formado por una cepa de Aspergillus flavus y una cepa
de Penicillium sp. presentaron un 26 % y 19 %, promedios estadísticamente iguales.
Autor corresponsal.
Martha N. Mostajo- Zavaleta
Correo electrónico.
martha.mostajo@unsaac.edu.pe
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