Biorremediación de vinazas de destilerías de alcohol por microorganismos autóctonos aislados de ambientes contaminados

Abstract

El bioetanol es el principal biocombustible producido en Argentina. En Tucumán, la totalidad de este producto se elabora a partir de caña de azúcar con la finalidad de dar cumplimiento a lo establecido por la Ley Nacional de Biocombustibles, que estipula cortar las naftas de consumo interno actualmente con un 10 a 12% de bioetanol.La vinaza es el principal subproducto resultante de la obtención de bioetanol. Es un efluente de color marrón oscuro, fuerte olor y pH ácido, que presenta una demanda biológica de oxígeno (DBO) entre 35.000 y 60.000 mg O2 L-1, una demanda química de oxígeno (DQO) entre 70.000 y 150.000 mg O2 L-1 y un contenido elevado de sales minerales. Actualmente, en Tucumán la vinaza se dispone en lagunas de evaporación natural, terrenos de sacrificio y eventualmente en los cuerpos de agua. Esta última alternativa puede causar el bloqueo de los procesos fotosintéticos, produciendo un gran daño en el medio ambiente.Existen procesos físicos/químicos utilizados en el tratamiento de vinaza que usualmente son costosos y generan grandes cantidades de lodos y polución secundaria. La biorremediación es un método alternativo que resulta beneficioso para el medio ambiente. Esta involucra procesos de trasformación y/o adsorción de contaminantes, dependiendo del organismo. Los hongos son un grupo de microorganismos con un potencial intrínseco único para ser empleados en tratamientos de efluentes. Su capacidad para degradar contaminantes industriales se encuentra vinculada a la actividad de enzimas ligninolíticas que por su baja especificidad de sustrato pueden degradar los compuestos coloreados de las vinazas, resistentes en gran medida a la degradación microbiana. El objetivo general de esta tesis doctoral fue estudiar aspectos básicos de los procesos de decoloración y abatimiento de la carga orgánica de vinaza por microorganismos seleccionados.En este trabajo se aislaron diez basidiomicetes de distintos ecosistemas de la provincia de Tucumán. En base a su habilidad para decolorar vinaza y sintetizar enzimas ligninolíticas en medio sólido se seleccionaron dos de ellos. Los mismos se identificaron como Pycnoporus sp. P6 y Trametes sp. T3; en medio líquido fueron capaces de decolorar y remover compuestos fenólicos de una solución de vinaza al 10% (v/v). La inmovilización de ambos basidiomicetes en diferentes soportes permitió el tratamiento de vinaza cinco veces más concentrada, con mejores resultados de remoción del color y de fenoles que los respectivos cultivos de células libres. Se demostró que los hongos inmovilizados en bagazo de caña de azúcar y en espuma de poliuretano, pueden ser reutilizados para el tratamiento de un nuevo lote de vinaza al 50%, obteniendo porcentajes de remoción similares o superiores a los determinados en los ciclos iniciales. En todos los casos, la disminución de la DQO y la DBO así como los resultados de biotoxicidad, confirmaron la eficacia de los tratamientos realizados.Durante los tratamientos de vinaza se detectaron diferentes actividades enzimáticas ligninolíticas, posiblemente involucradas en el proceso. La actividad lacasa alcanzó títulos superiores a 2.500 UL-1, lo que plantea la posibilidad de utilizar estos hongos para la producción de lacasas para fines biotecnológicos.

Bio-ethanol is the main biofuel produced in Argentina. In Tucuman, the complete product was obtain from sugarcane in order to comply with the National Biofuels Law, which stipulates cut gasoline for domestic consumption currently with 10-12% bio-ethanol. The vinasse is the main by-product resulting from bio-ethanol production. It is a darkbrown effluent with strong odor and acidic pH. It has a biological oxygen demand (BOD) between 35,000 and 60,000 mg O2 L-1, a chemical oxygen demand (COD) between 70,000 and 150,000 mg O2 L-1 and a high content of mineral salts. Currently, the vinasse produced in Tucuman is stored in lagoon systems, sacrifice zones and eventually in water bodies. This last alternative can produce a blocking in the photosynthetic processes therein causing great damage to the environment. Usually, physical/chemical processes are used in the treatment of vinasse. They are expensive and could generate large amounts of sludge and secondary pollution. The bioremediation is an alternative beneficial method for the environment. This involves transformation or adsorption processes of contaminants, depending on the organism. Fungi are a group of microorganisms with a single intrinsic potential for their use in effluent treatment. Their ability to degrade industrial pollutants is linked to the activity of ligninolitic enzymes. They have low substrate specificity and they can degrade colored compounds of vinasse, largely resistant to microbial degradation. The overall objective of this thesis was to study basic aspects of discoloration and organic load abatement processes of vinasse by selected microorganisms. In the present work ten basidiomycetes fungi from several ecosystems of Tucuman were isolated. The selection scheme based on their ability to decolorize vinasse and synthesize ligninolitic enzymes in agar medium, allowed to select two of them. They were identified as Pycnoporus sp. P6 and Trametes sp. T3. In liquid cultures, they were able to decolorize and remove phenolic compounds satisfactorily from 10% (v/v) vinasse solution. However, the immobilization of both fungal strains in different media supports allow the treatment of 50% of the vinasse solution with the best color and phenolic compounds removal results comparing with the respective free cells cultures. The reusing immobilized fungal cultures on bagasse sugarcane demonstrated the ability of both fungi strains to remove the color and the phenolic compounds of a new 50% vinasse solution. The removal results achieved were similar and higher to those determined in the corresponding polyurethane foam recycles, for Pycnoporus sp. P6 and Trametes sp. T3 respectively. The reduction in COD and BOD content and the biotoxicity assay results confirmed the effectiveness of the treatments performed for both fungal strains. The results obtained in this study suggest there is a participation of different enzyme activities in the discoloration of vinasse. Among the ligninolytic activities determined in the present work laccases showed the highest titers. It confirmed a correlation between them with discoloration and removal of phenolic compounds processes.