6 teoría 6 metanogenesis- compostaje teoría 2013-1
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METANOGENESIS
Metanognesis es el proceso anaerobio en el que los equivalentes de electrn de la
materia orgnica se utilizan para reducir el carbono a metano (estado de oxidacin 4 ).La
metanognesis o formacin del metano puede ser biognica abiognica.
!nualmente se forman "4#$ %&' x '&g de metano de los cuales %$%* + son de origen
biognico (zonas enc,arcadas ,umedales naturales rumiantes termes vertederos ocanos
lagos tundras) "$ # + de origen abiognico (escapes industriales de gaseoductos
combustin de biomasa miner-a de carbn emisiones de gas natural ,idratos de metano
volcanes automviles).
4.1 Metanognesis biognica es la formacin del metano como parte del biogas o gas que
se desprende de ambientes anaerobios ricos en materia orgnica (principalmente zonas
pantanosas eructos de los rumiantes).
l biogas es un gas que se produce mediante un proceso metablico de descomposicin
anaerobia de la materia orgnica en metano (//$0'+) 12& ("/$4'+) 3& ('./$/+)
&5 ('.+) &($"+) vapor de agua (trazas).
l metano es el resultado de la actividad de un grupo mu especializado de bacterias que
convierten los productos de fermentacin de otros microorganismos anaerobios
(especialmente 12& & formiato acetato) en metano o en metano 12&.
5e estima que las bacterias son las 6nicas responsables de las transformaciones que conducen
a la metanognesis aunque en ocasiones se puede detectar una variedad de distintos protozoos
anaerobios (en el rumen los protozoos constituen el /'+ de la biomasa total).
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4.2 Caractersticas de las bacterias metanognicas
$ !rqueobacterias
$ 7orma diversa reaccin tintorial 8ram positivas 8ram negativas
$ !naerobios estrictos muc,o ms sensibles al ox-geno agentes oxidantes como el
nitrato que las dems bacterias anaerobias
$ 1arecen de catalasa superxido dismutasa
$ 1uando crecen en forma autotrfica el 12&es la principal fuente de carbono lo
asimilan mediante la via reductiva del !cetil$1o! que conduce a la formacin de
acetato a partir del cual sintetizan las sustancias celulares.. 5in embargo el
crecimiento de todos ellos es estimulado por el acetato en algunas especies por
ciertos aminocidos.
$ 9tilizan el amon-aco como fuente de nitrgeno.
$ l fierro n-quel cobalto son oligoelementos requeridos para su crecimiento as-
como tambin el metal traza n-quel que es un componente del 7actor 4"' (coenzima)
de la enzima ,idrogenasa monxido de carbono des,idrogenasa (12:)
$ 5e encuentran en estrec,a relacin con las bacterias productoras de ,idrgeno
estableciendo una sintrofia (simbiosis mutualista entre bacterias productoras de
,idrgeno acetognicas obligadas metanognicas).
4. Gr!"os ta#on$micos de bacterias metanognicas
5e ,an aislado una variedad de bacilos cocos filamentosos 8ram positivos 8ram
negativos por lo que la taxonom-a se basa en la comparacin de secuencias ;3!r l* 5
establecindose siete grupos principales.
8rupo
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8rupo <
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&r!"oI'
?acterias metanognicas= Methanobacterium, Methanosarcina , Methanococcus
Methanospirillum , Methanomicrobium.
4.( S!stratos "ara la metanognesis
5e conocen tres clases de sustratos utilizados para la metanognesis.=
a. Sustratos tipo CO&
12&
7ormiato 122@
Aonxido de carbono
n esta primera clase de sustratos los electrones necesarios para la metanognesis
derivan por lo general del & . Los metangenos que crecen sobre & 12& son
autotrficos el 12& sirve tanto como fuente de carbono como de aceptor de
electrones. Bor esta 6ltima condicin el proceso se considera una respiracin
anaerobia de sustrato inorgnico (;educcin del 12&)
1'&C 4 & 14 C & &2 Methanobacterium
b. Sustratos de metilo
Aetanol
Aetilamina
:imetilamina
Drimetilamina
Aetilmercaptano
:imetilsulfuro
n esta segunda clase de sustratos las molculas orgnicas son reducidas por el
,idrgeno como fuente externa de electrones. !lternativamente en ausencia de
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,idrgeno una pequeEa cantidad de material es oxidado ,asta dixido de carbono para
generar los electrones necesarios reducir estas molculas de metilo ,asta metano= el
grupo metilo se reduce a metano. a travs de reacciones en donde algunas molculas
del sustrato funcionan como donadores de electrones se oxidan a 12 & mientras que
otras se reducen por lo tanto son aceptores de electrones (;espiracin anaerobia de
sustrato orgnico)
4 1"2 " 14C 12&C & &2 Methanosarcina
c. Sustratos de acetotrficos
!cetato
n esta tercera clase de sustratos para la metanognesis el cido actico se escinde
(reaccin acetoclstica o escisin del acetato a 14mas 1'&) para formar metano a
partir del grupo metilo dixido de carbono a partir del grupo carboxilo en una
reaccin de fermentacin.
1"122 C &2 14C 12& Methanosarcina , Methanothrix
4.) *roceso de metanognesis
+ase I, -idr$lisis
Los compuestos orgnicos compleFos son ,idrolizados por un conFunto de enzimas=
celulasas amilasas proteasas lipasas segregadas por los microorganismos
transformando polisacridos a monosacridos prote-nas a pptidos aminocidos grasas
a glicerina cidos grasos.
+ase II, Acidi%icante o Acidognesis
Los productos de baFo BA son adecuados como fuente de energ-a carbono celular. n
el interior de los microorganismos por accin de endoenzimas son transformados en
/
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cidos grasos de cadena corta alco,oles liberando & 12&(compuestos compleFos a
compuestos de baFo BA). sta fase es llevada a cabo por los fermentadores primarios
los cidos generados son acetato propionato butirato.
+ase III, Acetognica o Acetognesis
Llevada a cabo por bacterias obligadas productoras de protones o bacterias oxidantes de
cidos grasos productoras de & fermentadoras secundarias o acetognicas estrictas
cua 6nica forma de oxidar el 3!: es mediante la liberacin de &a medida que se
forma.
stas bacterias utilizan cidos grasos alco,oles como fuente de energ-a. n cultivo
axnico apenas se desarrollan o no lo ,acen en absolutoG sin embargo crecen
abundantemente cuando estn asociadas a un organismo consumidor de & (como un
metangeno o una bacteria reductora de sulfatos). sta dependencia se denomina
5$yntrophomonas %olfeioxida cidos grasos de 4 a % tomos de carbono principalmente
butirato ,asta acetato 12&e &cuando crece con una metangena.
$yntrophobacter %olinii oxida propionato ,asta acetato 12& e & cuando crece con
especies reductoras de sulfato
Dodo el & el 12& de los procesos fermentativos primarios es consumido
inmediatamente por bacterias metanognicas (para formar metano) bacterias
,omoacetognicas como Clostridium aceticum y "cetobacterium %oodii (para formar
acetato) o por bacterias reductoras de sulfatos. n este 6ltimo caso la reduccin de
sulfatos a sulfuros (bacterias reductoras de sulfato como :esulfovibrio) afecta
negativamente la metanognesis (competencia por el & toxicidad debido al &5).
*
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4&C 524H &&2C &5 C & 2$
+ase I', Metanognica
La metanognesis es llevada a cabo por bacterias que viven en -ntimo contacto con las
acetognicas pueden ser oxidantes del ,idrgeno o fermentadoras del cido actico. l
,idrgeno se usa como donador de electrones con dixido de carbono como aceptor para
formar metano mientras que el cido actico se escinde para formar metano dixido de
carbono.
5e considera que la produccin de metano es la estabilizacin ideal de la materia
orgnica porque posteriormente en aerobiosis se convierte en 12 &C &2
14C & 2& 12&C & &2
Los principales sustratos para la metanognesis en la tierra aguas dulces son el & el
acetato. n el mar los sustratos metilados (metilaminas o metanol) son los precursores del
metano.
n general en la naturaleza los sustratos ms importantes para la metanognesiss son el
& acetato 12&.
4. *ar/metros de o"eraci$n de la metanognesis
Los parmetros de operacin son aquellos que se fiFan antes del inicio del proceso
seEalando las condiciones en las cuales va a trabaFar el sistema.
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La relaci$n C,Ndebe ser de "'=l porque el carbono es consumido &/ a "/ veces ms
rpidamente que el nitrgeno. 9na buena mezcla est compuesta por estircol de ave con
paFa de arroz o rastroFos con excretas 9na relacin 1=3 mu alta provee exceso de carbono
originando acumulacin de cidos voltiles disminucin de p a extremos no permisibles
para las bacterias metanognicas cese de la produccin de biogas .
Bor el contrario con una relacin 1=3 menor a "'= el nitrgeno se acumula en forma de
amoniaco ,asta concentraciones que afectan negativamente las bacterias metangenas..
Los s$lidos totales no deben sobrepasar 0 a # + para procesos semicontinuos o
continuos. n procesos ?atc, la mezcla no requiere fluidez es recomendable trabaFar con
diluciones de &/ a "/+ de slidos totales.
Los slidos totales se aFustan con adicin de agua. 9na alta dilucin se considera * a ' + de
slidos totales una baFa dilucin a &/ a "/ +.
Los s!stratos 6tiles para la metanognesis son residuos del procesamiento industrial
de los alimentos= industria cervecera destiler-a residuos de vegetales e industria
conservera suero de la produccin de queso residuos de mataderos. !simismo estircol
animal biomasa agr-cola (principalmente de no rumiantes como cerdos)G sedimentos de
aguas residuales (lodos primarios secundarios).
Los desperdicios frescos (pastos verdes rastroFos) deben deFarse a la intemperie
aproximadamente ' d-as para su descomposicin antes de ser introducidos al digestor
Las paFas granos de cereales generan ms gas que el estircol fresco pero el contenido de
metano es menor. Las excretas ,umanas generan ms gas maor cantidad de metano que el
estircol fresco de vacuno pueden utilizarse solas o complementadas con otros tipos de
desec,os.
%
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b. Tem"erat!ra
Meso%lica
&% J1 4' J1
Aenor vapor de agua en el gas
Aenor 12&en el gas
Aaor cantidad de especies de metangenas
stable frente a los cambios bruscos de temperatura
Termo%lica
4' J1 *' J1
Aaor reactividad = Aenor tiempo de retencin
Aenor volumen de lodos formados
:estruccin de microorganismos patgenos
Aantenimiento ptimo de condiciones anaerobias
;esponde adversamente al enfriamiento accidental.
;equiere gasto de energ-a adicional para elevar la temperatura.
C$mo s!ministrar calor5
$ 1irculacin de aire caliente en serpentines ad,eridos a las paredes del tanque.
$ 1alentamiento del estircol antes de entrar al digestor.
$
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excesiva de cidos voltiles (Las bacterias acidognicas metanognicas deben estar
en equilibrio).
c. Acide6 0 "-
l contenido de cidos en la metanognesis no debe alcanzar ms de & ''' a 4 ''' mgIL
al mismo tiempo que se mantiene el p entre ** 0*. La concentracin de cidos orgnicos
el p del contenido del digestor debern determinarse diariamente para asegurar que el
funcionamiento del sistema anaerobio permanezca en equilibrio. 5i la capacidad de regulacin
se agota se debe aEadir una base qu-mica (carbonato o similar) para evitar una ca-da del p
que destruir-a a los metangenos..
La concentracin de cidos orgnicos es un indicador del funcionamiento del sistema.
Los cidos orgnicos clave son los de cadena corta que var-an en longitud de cadena desde un
carbono ,asta oc,o carbonos por mol (frmico actico propinico but-rico isobut-rico
valrico isovalrico caproico ,eptanoico octanoico). stos cidos son denominados
voltiles debido a que en su forma no ionizada pueden destilar con agua a ebullicin. ste
significado del trmino voltil es diferente del significado de compuestos orgnicos voltiles
(12>) trmino usado para describir compuestos orgnicos que son fcilmente eliminados del
agua mediante separacin con aire. Los cidos grasos de cadena corta no pueden eliminarse
del agua mediante separacin con aire.
Los cidos voltiles que se encuentran presentes a maores concentraciones durante el
arranque de un sistema anaerobio son el actico propinico but-rico e isobut-rico. Dambin
se forman como productos intermediarios de la degradacin de residuos orgnicos otros
cidos no voltiles como el lctico pir6vico succ-nico pero sus concentraciones son muc,o
menor que las de los cidos voltiles.
'
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d. Tiem"o de retenci$n
7luct6a de acuerdo a la temperatura tipo de sustrato. ! /' J1 *' J1 se necesitan % a
' d-as para obtener #/ + del total de gas. ! &' J1 "' J1 se requieren 4 semanas. n la
primera semana es maor la produccin de 12 &mientras que a partir de la segunda semana
es maor el metano obtenindose la mxima produccin a los l* d-as.
! tiempos de retencin maores existe el riesgo de tener bacterias en fase de muerte
siendo la degradacin de la materia orgnica lenta e ineficiente. ! tiempos de retencin
menores existe el riesgo que las bacterias sean eliminadas del sistema antes que la velocidad
de multiplicacin alcance el estado estacionario
Los excrementos de porcinos ricos en slidos voltiles fcilmente degradables necesitan
tiempos de retencin de ' a & d-as mientras que los excrementos de bovinos ricos en
materia celulsica fibras dif-ciles de descomponer requieren cerca de &' d-as.
e. A!sencia de o#geno
%. Agitaci$n
5e debe realizar una agitacin mecnica de / a ' minutos dos veces al d-a.
g. To#icidad
$ 5ulfatos
$ 1ontaminantes industriales agr-colas
$ !ntibiticos
$ :esinfectantes detergentes
$ Aetales pesados
4.7 8!ta de +i9aci$n del CO2, 'a del Acetil : CoA 7igura 3
La ruta de s-ntesis del acetil$1o! se lleva a cabo en organismos anaerobios estrictos
(bacter-as fototrficas verdiazules bacterias ,omoacticas bacterias reductoras de sulfatos
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algunas metangenas) permite la asimilacin de dos molculas de 12& que por reduccin
originan el grupo metilo (1") carbonilo (12) del acetato respectivamente. sta reduccin
requiere & como donados de electrones. 9na enzima clave en esta ruta es la monxido de
carbono des,idrogenasa (12:) enzima compleFa que contiene los metales n-quel zinc
fierro como cofactores.
0. l 12& es reducido a +ormiatopor la enzima formiato des,idrogenasa. Bosteriormente es
convertido en +ormiltetra;idro%olato. ! continuacin se aEaden dos o ms pares de
electrones se forma metil : tetra;idro%olato T-+3. :espus el gr!"o metilo es
transferido a una enzima que contiene vitamina ?&como cofactor formndose corrinoide
metilo.
0.& La enzima clave carbonomonxido des,idrogenasa (12:) cataliza la reduccin del 12&
a CO
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C0
Ni
Fe
CH3
C0
Ni
Fe
Ni
Fe
& 72;A
& 1"$ 1 ~51o! 1"$ 1 $2
+ig!ra 1.;uta de 7iFacin de 12&= >-a del !cetil 1o!
?&&&12&
1orrinoideAetiloD7
AetilDetra,idrofolato!DB
7ormilDetra,idrofolato
221o!
?iomasa
!cetato!cetil 1o!
12&
4&C & 12& !1D!D2 C &&2 C CCO=-
"
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4.> ?io&!mica de la Metanognesis
4.>.1 En6imas 0 Coen6imas
$ Aetanofurano A7.
@ Aetanopterina AB (7orma activa= Detra,idrometanopterina 4ABD 1oenzima 74&')
@ 1oenzima A (1' A$5 cido$ &$ mercaptoetanosulfnico.
@ 5istema Aetil ;eductasa ( metilcoenzima A metilreductasa) =
+racci$n A= ! !& !" 7!:
>itamina ? & 1oenzima 74&'
+racci$n ?=1oenzima 5 DB (0 Aercapto,eptanoil treonina fosfato o
fosfato de 0 $ Aercapto,eptanoil treonina )
+racci$n C = Aetilreductasa. 9nidos a cada molcula del componente 1
existen dos molculas de 74"' dos de 1oenzima A metilada (1" 5 $ 1oA).
@ nzima Aonxido de 1arbono :es,idrogenasa (12:)
1ontiene 3i 7e Kn como cofactores
1ataliza la reduccin de 12&a 12
1ataliza la oxidacin de 12 a 12&
4.>.2 +ormaci$n del Metano
a. ?io&!mica de la metanognesis "or red!cci$n del CO2 con - 2
7iguras & ")
l dixido de carbono es reducido pasando sucesivamente a radicales formilo
metenilo metileno metilo el cual a su vez es reducido a metano. l suministro de
electrones para las reacciones de reduccin procede de la oxidacin del ,idrgeno .
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a. La coenzima metanofurano (A7) activa el 12& que es reducido a
carbono%ormilo.
a.& l grupo formilo es transferido ,acia la tetra,idrometanopterina(AB)
para formar carbono metenilo.
a." :espus es des,idratado a carbono metileno.
a.4 Bosteriormente es reducido a carbono metilo.
a./ l grupo metilo es transferido ,acia la coenzima A originando
metilcoen6ima M.
a.* l metilcoenzima A o 1oenzima A metilada (1" 5 1oA) es
reducida a metano por el sistema Aetil reductasa (7igura &)
l sistema metilreductasa reduce metilcoenzima A teniendo como
acarreador de ,idrgenos el 5 $ DB 74"' originando metano como
producto secundario un ,eterodisulfuro. sta etapa final de reduccin del
metilcoenzima A por el & es un proceso exergnico es la fuente de
energ-a para la generacin de !DB.
1oA$ 5 1" 14
5$ DB 1o$ 5$ 5$ DB
74&'
1oA 5 5$ DB
+ig!ra 2. 5istema metil reductasa
74"'
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l producto de la reaccin entre el 1" 5 1oA el 5 DB (Aetilcoenzima
A 1oenzima $ 0 $mercapto,eptanoiltreonina) adems del metano es un bisulfuro de 1o A
DB= 1oA 5 5 DB llamado tambin ,eterodisulfuro. Bosteriormente este
,eterodisulfuro es reducido se regeneran la 1oA el 5$DB.
a. A!totro%ia de las bacterias %ormadoras de metano "or red!cci$n del CO&
(7igura ")
Los microorganismos formadores de metano por reduccin del 12&con & integran
sus v-as biosintticas bioenergticas debido a que comparten los intermediarios comunes.
!mbas llevan a la formacin del grupo metilo. Los metangenos que crecen autotrficamente
carecen de aquella parte de la v-a del !cetil$1o! que lleva a la formacin de grupos metilo
en su lugar lo obtienen de la v-a metanognica.
b.1 La coenzima Aetanofurano activa el 12&que es reducido a carbono%ormilo.
b.2 l grupo formilo es transferido ,acia la tetra;idrometano"terina formando
carbono metenilo.
b. :espus es des,idratado a carbono metileno.
b.4 Bosteriormente es reducido a carbono metilo
b.( La metil tetra,idrometanopterina cede los grupos metilo a una enzima que contiene
?& originando corrinoide metilo.
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b.)
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CH3
Co
Ni
Fe
Ni
Fe
A. METANOGNESIS
& O O & !DB
CO2 M+ C - M* C - M* C-2 M* C- CoM S C- C-4
A7 &2 AB &2 1oA $ 5
?.ABTOT8O+IA 1" 12;; CO88INOI=E METIO
& 1"$ 1 ~51o! 1"$ 1 $2
+ig!ra . ?ioqu-mica de la metanognesis por reduccin del 12&con &
AD
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c. ?io&!mica de la metanognesis a "artir de com"!estos metilo 7igura 4)
Los compuestos metilo como el metanol donan los grupos metilo a una prote-na
corrinoide para formar corrinoide metilo(precursor de la vitamina ?&).
l compleFo corrinoide metilo transfiere el grupo metilo a la coenzima A para
formar metilcoen6ima M( 1" 5 $ 1oA ) del cual se forma el metanopor reduccin a
travs del sistema metilreductasa con los electrones derivados de la oxidacin de otras
molculas de metanol ,asta 12&(7igura 4!)
C$mo se reali6a la o#idaci$n del metanol a CO& 7igura 4 ?)
c. !lgunas molculas de metanol donan los grupos metilo a una prote-na
corrinoide para formar corrinoide metilo.
c.& Bosteriormente son transferidos ,acia la tetra,idrometanopterina
originndose carbono metilo
c." ste sufre una oxidacin se origina carbono metileno
c.4 5e lleva a cabo una oxidacin se origina carbono metenilo.
c.4 l grupo formilo es transferido ,acia la coenzima metanofurano para formar
carbono %ormilo
c./ 5e lleva a cabo una oxidacin se origina CO2.
d. +i9aci$n del CO& "or bacterias %ormadoras de metano a "artir de com"!estos
metilo +ig!ra 4 C3
La enzima clave monxido de carbono des,idrogenasa (12:) cataliza la
reduccin del 12& (formado por la oxidacin del metanol) ,asta CO el cual se va a
combinar con el grupo metilo procedente del metanol quedando el 1 " ad,erido a un
tomo de n-quel el 12 a un tomo de ,ierro del interior de la enzima. n este punto se
aEade la 1o! la 12: cataliza la formacin del !cetil 1o!.
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Aolculas que Aolculas queson oxidadas son reducidas
1" 12;; 1" 12;;
AB 1oA 51" AB 1oA 5 1" Aetil 1oenzima A
1arbono Aetilo !DB 5 DB
& & 74"'
AB 1& 1oA$5$5$ DB
1arbono Aetileno 14
& & A
2
AB 1
1arbono Aetenilo
A7
2
A7 1
1arbono 7ormilo 1"2
&
12& 1" 122;
2
1 12: 1" 1 12:
1o!
2
1" 1 5co! 2
? 1" 1 2 C
!1D!D2
?
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a. ?io&!mica de la metanognesis "or escisi$n del acetato 7igura /3
Bara fines energticos la fuente es el acetato. l acetato es activado a !cetil 1o!l acetil 1o! interacciona con la monxido de carbono des,idrogenasa propicindose dos
eventos=
e. l grupo metilo del acetato se transfiere a la enzima corrinoide de la v-a de !cetil
1o! para formar C-: Corrinoide(corrinoide metilo)
Nl grupo metilo se transfiere a la tetra,idrometanopterina (AB) originando
carbono metilo
N:espus se transfiere a la coenzima A para originar metilcoen6ima M( 1" 5
1oA ) la cual es reducida a metano a travs del sistema metil reductasa
La conservacin de energ-a tiene lugar en la acetotrofia como resultado de una
fuerza proton motriz formada durante la etapa de la metil reductasa igual que
sucede en el crecimiento de metangenos sobre &C 12&
e.& l grupo 12 del acetato es oxidado ,asta 12& en reaccin catalizada por la
monxido de carbono des,idrogenasa liberndose electrones que son utilizados en
la reduccin del 1"5$ 1oA a metano.
5e debe recordar que las metangenas acetoclsticas escinden el acetato a 12&
14 mientras que las reductoras del 12&forman 14a partir del 12& &
b. -eterotro%ia de bacterias %ormadoras de metano "or escisi$n de acetato
Bara la biosintesis el acetato es utilizado directamente para lo cual previamente es
activado (,etertrofia)
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!cetato
!DB 1o!
2
1" 1 5 1o! ?
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?arreto 8. O 1rdova P. (&'&). ?acterias aisladas del :ren 4''' para la
obtencin de prote-na a partir de metano producido con excretas de Caviaporcellus QcuR residuos lignocelulsicos en Lambaeque. Desis deLicenciatura. Lambaeque. 9niversidad 3acional Bedro ;uiz 8allo.
?enavides !. O Blasencia 1. (&'&). 1aracterizacin f-sico$qu-mica del abono
l-quido ?iol obtenido por digestin anaerobia de tres sustratos orgnicos enPaanca Lambaeque. Desis de Licenciatura. Lambaeque. 9niversidad 3acionalBedro ;uiz 8allo.
Aadigan A.G AartinSo P. P. BarSer (&''4) ?rocS. Biolog'a de los
Microorganismos.:cima edicin. Aadrid= Bearson ducacin 5.!. Bars ;. 5. Purez (##0) Bio(u'mica de los microorganismos. Axico
ditorial ;evert 5.!. ;ittman ?. B. Ac1art (&'')Biotecnolog'a del Medioambiente, Principios y
"plicaciones. spaEa. Ac8raT ill.
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?IO=EG8A=ACION =E COM*BESTOS IGNOCEBSICOS
Los compuestos lignocelulsicos o biomasa vegetal estn constituidos
esencialmente por celulosa (4/$*'+) ,emicelulosa (/$*'+) lignina ('$"&+). 5u
produccin sobrepasa las ' toneladas I aEo el 0/ + se genera en las zonas boscosas.
:ebido a que los procesos de biodegradacin natural son lentos los compuestos se
acumulan constituen un peligro para el equilibrio ecolgico. Las materiales
lignocelulsicos mal llamados QdesperdiciosR pueden clasificarse como=
;esiduos agr-colas (paFas rastroFos) ;esiduos agroindustriales (bagazo de caEa pulpa de caf cscaras de frutas vegetales
procesados ) ;esiduos forestales ;esiduos lignocelulsicos urbanos (pasto desperdicios de vegetales de frutas verduras
de los mercados papeles).
.1 Cel!losa
La celulosa es un pol-mero lineal no ramificado formado por unidades :$glucosa
unidas por enlaces ? ($4) que van desde el carbono anomrico 1 de una unidad al
,idroxilo del 14de la siguiente unidad.La unidad estructural es la celobiosa (unin de dos
glucosas). 9na molcula de celulosa est constituida por cadenas lineales con un promedio
de " ''' a / ''' unidades de glucosa que pueden encontrase dispuestas al azar (celulosa
amorfa) o agrupadas en microfibrillas (celulosa cristalina). 1uando la celulosa est unida
a la ,emicelulosa se le denomina ,omocelulosa.
!isladamente la celulosa es una sustancia blanca insoluble en agua solventes
orgnicos como alco,ol benceno ter pero soluble en 1l 4'+ o en &5240& +. La
celulosa Funto con la ,emicelulosa son los componentes ms abundantes en los materiales
lignocelulsicos. ! la celulosa se le considera como el material renovable ms abundante
en la bisfera es el pol-mero ms importante de las plantas constituendo entre 4'
/' + de la pared celular de una planta madura.
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La celulosa puede ser ,idrolizada por=
$ ;uptura del enlace ? $4 por adicin de agua. sta reaccin puede ser
catalizada por cidos o por enzimas.
$ idrlisis qu-mica con cidos (& 524 1l) a elevadas temperaturas
presiones.
$ idrlisis enzimtica con celulasas
a. ?iodegradaci$n de cel!losa
La celulosa es degradada por bacterias aerobias (Pseudomonas, Chromobacterium,
actinomicetos) bacterias anaerobias (Clostridium) as- como por mixobacterias
protozoos especialmente los que ,abitan en intestinos de las termitasG sin embargo la
descomposicin de la celulosa es ms com6n en ,ongos que en bacterias. Los ms activosson los mo,os )richoderma, Chaetomium, Penicillium, Fusarium y Myrothecium.
b. Cel!lasas de ;ongos
stos microorganismos poseen celulasas que no son consideradas como un enzima
sino como un sistema compuesto por tres clases de enzimas=
$ ndo ? glucanasas (4 ? :$glucan glucano,drolasas =8) que rompen los
enlaces ?$ glucos-dicos en forma aleatoria en el interior de las molculas de celulosa
originando dimeros celobiosas tr-meros celotriosas nuevos sitios de ataque para las
exoglucanasas. 1omo resultado disminue rpidamente la longitud de las cadenas. l
meFor sustrato para la medicin de su actividad es un derivado soluble de celulosa
como la carboximetilcelulosa (1A1).
$ xo$ ?$ glucanasas (4 ?$ :$ glucan celobio,idrolasas =1D) que atacan
gradualmente las molculas de celulosa por el extremo reductor liberando subunidades
de celobiosas. 3o son mu activas con la celulosa cristalina pero presentan accin
sinerg-stica altamente cooperativa en presencia de endoglucanasas. Dienen una limitada
accin sobre sustitutos de la celulosa como la carboximetilcelulosa (1A1) e
,idroximetilcelulosa (1)
$ 1elobiasas (?$ glucosidasa=?8) que ,idrolizan la celobiosa celodextrinas de baFo
peso molecular (celotriosas celotetrosas) liberando glucosas. ! diferencia de
endoglucanasas exoglucanasas las celobiasas son intracelulares debido a que las
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molculas sobre las que act6an son lo suficientemente pequeEas como para atravesar la
membrana celular.
c. Mecanismos de la biodegradaci$n de la cel!losa "or ;ongos %ilamentosos
l ataque inicial de la celulosa cristalina es realizado por endoglucanasas originando
aberturas en sus cadenas lineales. ! continuacin exoglucanasas atacan las aberturas
liberando celobiosas. La continua accin combinada de endoglucanasas exoglucanasas
convierte la celulosa en celobiosas pequeEos oligosacridos. Ustos son atacados por
celobiasas para liberar glucosas.
1uando la accin de dos o ms enzimas Funtas en solucin es maor que su accin
individual se conclue que estas enzimas act6an sinrgicamente. xisten tres tipos de
accin sinrgica involucrados en el proceso por el que la celulosa cristalina se solubiliza=
endoglucanasas $ exoglucanasas (endo$exo sinergismo) celobiasas $ endoglucanas celobiasas . exoglucanasas. l primer segundo sinergismo permiten la solubilizacin de
la celulosa ordenada por enlaces de ,idrgeno el tercer sinergismo est relacionado con la
,idrlisis de la celobiosa que a su vez in,ibe la accin exoglucanasa.
d. Cel!lasas de bacterias
5e conoce mu poco los mecanismos de accin de las celulasas bacterianas. ! diferencia de
los ,ongos las bacterias degradan fibras celulsicas por erosin enzimtica de la
superficie. Los sistemas caracter-sticos de bacterias son los celulosomas o compleFos
polipept-dicos esfricos que incluen un paquete enzimtico con actividad celulasa (1x)
un polipptido sin actividad ,idrol-tica que permite la ad,esin al sustrato (1).
.2 -emicel!losa
La ,emicelulosa es un ,eteroglicano (pol-mero de ,exosas como glucosa manosa
galactosa pentosas como xilosa arabinosa en ocasiones cidos urnicos como el
galacturnico glucornico) que contienen dos a cuatro tipos distintos de subunidades. Las
,emicelulosas son compleFas estn formadas por /' a &'' unidades de az6car que pueden
estar vinculadas en una configuracin lineal ramificada o con m6ltiples ramificaciones.
Las subunidades ms comunes son xilosa manosa. Los xilanos conforman "' + de las
maderas duras & + de las maderas blandas. Los mananos son reservas de alimento. Los
galactanos se encuentran en la madera elstica de las ramas de ciertos rboles.
La ,emicelulosa es soluble en 3a2 cidos diluidos en caliente.
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?iodegradaci$n de ;emicel!losa
La biodegradacin de ,emicelulosas es realizada por accin de ,emicelulasas
termfilas como xilanasas de )hermonospora alba(estable mes a // J 1 con actividad
,asta %' J1 durante ' minutos)G xilanasas alcalinas de Bacillus sp (p / a ll )G
mananasas galactanasas de "eromonas y Cellulosomas sp. y ? xilodasas de
"ureobasidium pullulans( estables en un rango de p &.' a #.' sobre los 0' J 1)
. ignina
La lignina es el segundo pol-mero natural en abundancia en trminos de biomasa
despus de la celulosa. s un componente estructural de las plantas les otorga rigidez
resistencia a la compresin a las dobleces a la accin de los patgenos. Las ligninas son
molculas tridimensionales amorfas altamente ramificadas. ! diferencia de lo que ocurrecon la celulosa el almidn o la ,emicelulosa la lignina no tiene repeticiones de enlaces en
intervalos regulares. !s- las ligninas se degradan a travs de reacciones aleatorias
(condensaciones) que pueden ser tanto qu-micas como enzimticas a la vez que generan
pol-meros con estructuras no definidas.
La lignina es un pol-mero compleFo formado por polimerizacin de proporciones
variables de los precursores cumaril coniferil sinapil sus derivados. La subunidad
bsica es un anillo aromtico (grupo fenil) con una cadena lateral de tres carbonos (de
modo que la subunidad bsica se llama fenil$propanoide). Las uniones pueden ser 1$1 o
enlaces 1$2$1 se dan entre dos anillos entre dos cadenas laterales de propano o entre un
anillo una cadena lateral. Danto el grupo fenil como el grupo propanoide estn
modificados en la propia lignina. Las cadenas laterales difieren entre s- dependiendo de la
especie de planta la proporcin relativa de unidades derivadas de cada uno de estos tres
bloques de construccin bsicos es distinta en las diversas plantas a la vez que var-an
seg6n la clase de teFido vegetal edad de las plantas. La lignina en madera dura ( ,aa)
es una mezcla de /'+ de bloques de coniferil /'+ de bloques de sinapil. La lignina en
madera suave (abeto) tiene %/ + de coniferil.
Las ligninas son pol-meros color caf insolubles en cidos en lcalis fuertes que
no se digieren ni absorven tampoco son atacadas por la microbiota del colon ,umano. l
grado de lignificacin afecta notablemente la digestibilidad de la fibra. La lignina se
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incrementa en la pared celular de plantas en el curso de la maduracin es resistente a la
degradacin bacteriana su contenido en fibra reduce la digestibilidad de los polisacridos
fibrosos.
?iodegradaci$n de lignina
La descomposicin de lignina es realizada principalmente por ,ongos (Budricin
blanca marrn blanda). Las especies de ,ongos blancos marrones son
fundamentalmente basidiomicetos. Las especies blandas suelen ser ascomicetos.
Los basidiomicetos de la podredumbre blanca tienen un compleFo mecanismo que
involucra enzimas que atacan directamente la lignina tales como lignina peroxidasa (LiB)
manganeso peroxidasa (AnB) lacasa (oxigenasa). Dambin sintetizan enzimas que
catalizan la produccin de perxido de ,idrgeno para audar en la accin de peroxidasas
(glucosa oxidasa glioxal oxidasa)G enzimas que participan en la ruptura de fenolesalde,idos e ,idrocarburos aromticos polic-clicosG enzimas necesarias para prevenir la
eventual acumulacin excesiva de perxido de ,idrgeno tambin enzimas
pertenecientes a los ciclos redox de las ,idrogenonas (catalasa superxido dismutasa
glutation peroxidasa)G sin embargo los estudios de oxidasas ms importante a6n de las
lacasas manganeso peroxidasas poseen maor inters al ,aberse demostrado su actividad
lignol-tica una vez purificadas.
La degradacin de lignina parece implicar dos mecanismos= o bien la molcula es
degradada en unidades ms sencillas o son degradados in situ los dobles enlaces las
cadenas laterales. La aparicin de compuestos como el cido vain-lico el coniferalde,ido
durante las etapas tempranas de la degradacin de lignina sugiere que est implicado el
primer mecanismo.La secuencia de la degradacin de lignina parece empezar con la
demetilacin para producir cidos difenlicos que poseen dos grupos ,idroxilo adacentes.
:espus los anillos por accin de una dioxigenasa se abren para originar una cadena
aliftica unida a la lignina estas cadenas alifticas se escinden del pol-mero mediante la
oxigenasa lacasa. Las cadenas laterales alifticas son degradadas por oxidasas en forma
similar. 9na caracter-stica esencial de la degradacin de lignina es que es un proceso
altamente oxidativo los cient-ficos frecuentemente se refieren a la molcula de lignina
como QexplotandoR mediante reacciones de oxidacin.
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Los ,ongos blancos son los agentes que en maor medida descomponen la lignina.
Coriolus versicolor descompone el anillo aromatico los grupos metoxilo la cadenas
laterales largas de lignina. Phanerochaete chrysosporium as- comoPleurotus ostreatus
son ,ongos blancos que tambin descomponen lignina totalmente siendo el primero de
ellos el ms conocido ms ampliamente estudiado. ntre los ,ongos marrones
Poria y &loephyllumdegradan los polisacridos asociados con la lignina eliminan los
grupos metilo (1") metoxilo (' 1").
.4 A"licaci$n de sistemas lignocel!lolticos
Los ,ongos que descomponen lignina particularmente los ,ongos de la podredumbre
blanca estn siendo cada vez ms valorados en relacin a su uso potencial en una variedad
de procesos biotecnolgicos. Las principales aplicaciones de los ,ongos lignol-ticos son=
. :eslignificacin microbiana= 5e aplica principalmente a la produccin de pulpa demadera para papel. 5e ,a conseguido un buen progreso en la reduccin del
requerimiento energtico para la obtencin mecnica de la pulpa por pre$ tratamiento de
las virutas de madera utilizando ,ongos que degradan lignina que ,an sufrido una
mutacin para eliminar su capacidad celulol-tica.
&. ?lanqueado microbiano de las pulpas= stos mtodos pueden reducir el aporte qu-mico
de energ-a as- como meForar la brillantez de la pulpa un requerimiento esencial para
obtener papel de alta calidad.
". Dratamiento microbiano de los efluentes que contienen residuos derivados de la lignina=
Los ,ongos de la podredumbre blanca pueden ser utilizados efectivamente para
degradar sulfonatos de lignina efluentes del tratamiento del blanqueado de pulpa
derivada de lignina.
4. 1onversin de lignina a productos qu-micos 6tiles= Diene una posibilidad atractiva que
ser llevada a cabo solamente cuando se obtenga un conocimiento completo de las
compleFidades de la biodegradacin de lignina.
/. ongos comestibles= Los ,ongos comestibles como los del gneroPleurotus (setas) son
organismos que utilizan selectivamente la lignina para su crecimiento. n el cultivo de
estos ,ongos se ,an implementado tecnolog-as para la produccin de basidiocarpos o
cuerpos fruct-feros como alimentos de consumo ,umano con calidad nutricional
aceptable.
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*. 1ompostaFe =s el proceso de descomposic-n aerobia de materia orgnica como los
residuos lignocelulsicos originando el compost o abono orgnico regenerador de
suelo con nutrientes oligoelementos que promueve la formacin de agregados
meFora la aireacin del terreno donde es aplicado
.( -ongos comestibles
l cultivo de ,ongos comestibles es una actividad econmica que utiliza residuos
de las actividades agropecuarias generalmente de fcil obtencin baFos precios para la
produccin de un alimento sabroso nutritivo beneficioso para la salud. !simismo la
tecnolog-a empleada para el cultivo de ,ongos comestibles no genera desec,os
contaminantes puesto que el sustrato residual constitue un forraFe enriquecido para la
alimentacin ganadera o puede ser utilizado en la produccin de plantas ornamentales.
stados 9nidos !lemania 1anad son los principales importadores del mundo losabastecedores de maor importancia son 1,ina 7rancia olanda 1orea del 5ur. La
produccin anual de ,ongos comestibles en 1,ina a supera los ' millones de toneladas
lo que significa ms de 0' + de la produccin mundial. . n contraste con los pa-ses
productores de 3orteamrica uropa !sia la produccin de ,ongos comestibles es una
actividad relativamente nueva en el mercado latinoamericano. Axico (/%* +) 1,ile
(0* +) ?rasil ('*+) acaparan casi el %0 + de la produccin total de ,ongos
comestibles. l Axico el volumen de ,ongos producidos es superior a &% ''' toneladas
por aEo correspondiendo el #" + a los c,ampiEones ("garicus* * #0 + a las setas
(Pleurotus) ''" + al s,iitaSe (entinula) obtenidos a partir de ms o menos &%' '''
toneladas de diversos subproductos agroindustriales forestales.
l desarrollo de la produccin industrial de ,ongos es especialmente importante para
!mrica Latina a que la creciente demanda de consumo por parte de la poblacin en
algunos casos no puede ser satisfec,a por la produccin domstica teniendo que acudirse a
la importacin. !simismo la produccin de ,ongos representa una alternativa para la
utilizacin de desec,os lignocelulsicos material que representa cerca del 4' + de la
biomasa producida por fotos-ntesis que no puede ser aprovec,ado en forma directa para
la alimentacin ,umana.
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a. 'alor n!tritio
! los ,ongos comestibles se les ,a considerado como un ingrediente o complemento
de diferentes platillos no tanto como un alimento de consumo frecuenteG sin embargo su
uso en la alimentacin debe ser incrementado debido a sus excelentes cualidades
organolpticas agradable sabor fina textura as- como su calidad nutritiva efectos
beneficiosos para la salud.
C!adro >. !nlisis proximal de ,ongos comestibles cultivados (1ontenido por peso seco)
Grasa a && + (principalmente cido oleico /*
+ palm-tico * + esterico &4 +)Carbo;idratos // a % +*rotenas ' a "' +'itaminas(por '' g de materia seca)=
Timamina
8ibo%laina
NiacinaFcido asc$rbico
4% mg
40 mg
'% mg44 mg
Minerales(por '' g de materia seca)=
*otasio
+$s%oro
Sodio
"0#' mg
"4/ mg
%"% mg
b. Ta#onoma
Los ,ongos comestibles conocidos como setas ,ongos de sombrero pertenecen ala divisin ?asidiomcota que corresponde a ,ongos formadores de basidios con
basidiosporas.
8eino 7ungi
=iisi$n ?asidiomcota
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. S!bdiisi$n Deliomcotina
Clase 9redinomcetes
&. S!bdiisi$n 9stilaginomcotina
Clase 9stilaginomcetes
". S!bdiisi$n menomcotina
Clase omobasidiomcetes
Orden !garicales
?oletales
1ant,arellales
8anp,ales
menoc,aetales
B,allalesBolporales
;ussulales
D,elep,orales
Clase eterobasidiomcetes
Orden Dremellales
!uriculariales
:acromcetales
La subdivisin Deliomcotina clase 9redinomcetes agrupa roas ,ongos afines que
forman cuatro basidiosporas por promicelio. l crecimiento en placas de Betri es
extremadamente dif-cil. Barasitan pteridofitas gimnospermas angiospermas a veces
necesitan dos ,ospedantes alternativos que pueden pertenecer a taxones mu diferentes.
La subdivisin 9stilaginomcotina clase 9stilaginomcetes agrupa carbones afines
que forman un n6mero indefinido de basidiosporas por promicelio. 1recen fcilmente en
medios de cultivo donde pueden comportarse como levaduras generalmente parasitan
angiospermas.
La subdivisin menomcotina comprende cerca de &'''' especies.
!proximadamente el #% + pertenecen a la clase omobasidiomcetes u ,ongos
verdaderos. Dodos ellos forman basidiocarpos con sombreros pequeEos. 1asi todas las
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especies son terrestres en un amplio rango de medios donde bsicamente son
descomponedores de la maderaG sin embargo algunas especies son patognicas o
parasitarias a6n otras son simbiticas incluendo la importante simbiosis ectomicorriza
de rboles forestales.
La clase eterobasidiomcetes agrupa ,ongos denominados gelatinosos debido a su
foliosidad e irregularmente listados cuerpos de fructificacin. Auc,os son gomosos ms
que gelatinosos. 1uando estn secos son duros expuestos al agua retoman su forma
original.
c. Ciclo de ida
l ciclo de vida de los basidiomicetos es un sucesin de etapas desde la germinacin
de basidiosporas para formar un micelio (fase vegetativa) ,asta la formacin de cuerposfructificantes o basidocarpos (fase generativa) n la fase vegetativa las esporas sexuales o
basidiosporas ,aploides germinan originan ,ifas monocariticas (un n6cleo por clula).
sta fase es corta a que pronto dos filamentos se fusionan (somatogamia) forman un
micelio secundario dicaritico que crece mediante f-bulas. n algunos casos de ,ongos
micorrizgenos este micelio puede ocupar varias ,ectreas pesar muc,as toneladas tener
una edad de varios milenios.
l micelio secundario puede reproducirse asexualmente siendo la fragmentacin del
micelio la forma de dispersin ms frecuenteGsin embargo lo ms t-pico es la
reproduccin sexual. l micelio secundario tambin puede agruparse en teFidos
especializados plectenquimticos a6n dicariticos denominndese entonces micelio
terciario. n la fase generativa cuando las condiciones de ,umedad son favorables el
micelio secundario origina cuerpos fruct-feros basidiocarpos o basiodomas algunos de los
cuales son grandes comestibles.
Los basidiocarpos carpforos ,imenforos o esporforos tienen una capa frtil
denominada ,imenio generadora de basidios basidiosporas. Los basidios se disponen
sobre o dentro del basidiocarpo. ntre ellos existen estructuras estriles denominadas
basidiolos o cistidios mu 6tiles como carcter taxonmico. !lgunas de las clulas que
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forman el ,imenio fusionan los dos n6cleos que contienen sufren una meiosis que origina
cuatro n6cleos cada uno de ellos migra a un filamento formado en el extremo de la
basidia se rodea de una membrana constituendo la basidiospora 1ada basidio origina
basidiosporas (dos cuatro oc,o o ms) maoritariamente cuatro externas que pueden
germinar directamente (originan micelio primario) o indirectamente (geman u originan
esporas secundarias).
d. C!ltio de ;ongos comestibles
l cultivo de ,ongos comestibles requiere un sustrato una semilla de buena calidad
condiciones ambientales que permitan el desarrollo del ,ongo. l sustrato puede ser
compostado o no compostado. ongos como los c,ampiEones requieren compost o materia
orgnica previamente degradada en un proceso biolgico aerobio. ongos como las
g-rgolas (Pleurotus) el s,iitaSe (entinus) no requieren sustratos compostados. :egradan se alimentan de celulosa lignina presente en desec,os vegetales pudiendo realizarse su
cultivo en troncos o en sustratos artificiales como el aserr-n. l cultivo en troncos tiene la
ventaFa de tener un baFo costo de implementacin pero la produccin es principalmente
estacional generalmente en otoEo en primavera cuando se dan las condiciones naturales
de temperatura ,umedad para que el ,ongo fructifique. l cultivo en sustratos artificiales
(paFa de trigo aserr-n virutas de madera blandas no resinosas) permite una produccin
continua pero con un maor costo de inversin inicial.
La semilla para el cultivo de ,ongos comestibles consiste en granos de trigo u otro cereal
previamente esterilizado cua superficie ,a sido colonizada por las ,ifas del ,ongo
seleccionado. sta semilla es inoculada en una proporcin de / a / + en el sustrato
,6medo se le da las condiciones de temperatura ,umedad relativa ventilacin
iluminacin tiempo adecuados para la produccin del basidiocarpo comestible que ser
comercializado (1uadro ').
C!adro 1D. 1ondiciones ambientales requeridas para las diferentes etapas del cultivo
de ,ongos comestibles
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Inc!baci$n Cobert!ra +r!cti%icaci$n. "garicus bisporus
umedad relativa (+)Demperatura de sustrato (V1):uracin
>entilacinentilacin
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,ongo madura rompe el QcascarnR por el extremo superior llevndose algunos restos de
dic,a envoltura en su sombrero.
Pleurotus ostreatus tiene una forma peculiar semeFante a una ostra. 5u sombrero
puede alcanzar entre /'$/' mm de dimetro en eFemplares adultos.
l color es variable= gris blanquecino a gris azulado las laminillas las partes comestible
son blancas. 5e le puede encontrar en la naturaleza creciendo sobre troncos o rboles en
pie durante el otoEo o primavera. :ebido a su agradable sabor rpida multiplicacin se le
cultiva en casi todo el mundo.
entinus edodes presenta un sombrero de / a & cm en ocasiones un pequeEo
umbrn central de color castaEo claro u oscuro con tonos roFizos levemente convexo a
plano convexo en la madurez. La superficie del sombrero se encuentra cubierta por escamas
blanquecinas especialmente en el margen. Las laminillas son blanquecinas apretadas debordes aserrados. l pie es central corto usualmente cubierto por escamas fibrillosas
presenta un anillo ef-mero blanquecino a castaEo claro. La parte comestible es firme
sabrosa puede secarse re,idratarse fcilmente. 5e le encuentra en la naturaleza sobre
troncos de madera muerta fructificando principalmente en otoEo o en primavera. ste
,ongo se cultiva se consume vidamente en Papn no slo por su agradable sabor sino
por su accin antitumoral ,ipocolesterolmica e inductora de la s-ntesis de interfern.
.) Com"osta9e
l compostaFe es el proceso de descomposicin biolgica aerobia de la materia
orgnica contenida en los residuos slidos que origina un producto denominado compost.
Dambin es definido como un proceso de estabilizacin u oxidacin biolgica de los
residuos orgnicos baFo condiciones aerobias controladas de ,umedad temperatura
aireacin donde los microorganismos utilizan el carbono el nitrgeno disponibles
liberando energ-a por actividad metablica produciendo agua dixido de carbono sales
minerales. l compost es un abono orgnico aunque propiamente no es un fertilizante si
es un regenerador de suelo con nutrientes oligoelementos que promueve la formacin de
agregados meFora la aireacin del terreno en donde es aplicado.
a. Eta"as 0 microbiologa en el "roceso de com"osta9e
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l n6cleo de las pilas en compostaFe act6a como zona inductora sobre la corteza. 3o
obstante todos los procesos que se dan en el n6cleo no alcanzan la totalidad del volumen
de la corteza. n la prctica utilizando como criterio las temperaturas alcanzadas en el
n6cleo se diferencian las siguientes etapas=
Eta"a de latencia
s la etapa inicial considerada desde la conformacin de la pila ,asta que se
constatan incrementos de temperatura. sta etapa es notoria cuando el material ingresa
fresco. 1uando el material a tiene un tiempo de acopio esta etapa puede pasar inadvertida.
5u duracin es mu variada dependiendo de numerosos factores. 5i el balance 1=3 p
concentracin parcial de ox-geno son los adecuados la temperatura ambiente
fundamentalmente la biomasa microbiana son dos factores que definen la duracin de esta
etapa. 1on temperatura ambiente entre ' V1 & VW1 en pilas adecuadamenteconformadas esta etapa dura entre &4 a 0& ,oras.
Eta"a mesotrmica 1 o mes$%ila I
n esta etapa los microorganismos quimio,etertrofos mesfilos (,ongos
bacterias) son responsables de la degradacin de az6cares otros compuestos simples en un
rango de temperatura de ' a 4' J1 (Carbo;idratos mon$meros /cidos grasos de
cadena cortaH *rotenas amino/cidos3. La actividad metablica incrementa
paulatinamente la temperatura favorece el desarrollo de microbiota termfila que se
encuentra en estado latente en los residuos. La duracin de esta etapa es variable depende
del tipo composicin del material en compostaFe.
Eta"a termognica o term$%ila
La microbiota mesfila es sustituida por la termfila en una fase que puede durar
varias semanas o meses dependiendo del contenido de celulosa ,emicelulosa. La
temperatura se eleva entre 4' V1 a *' J1 con un mximo de */ J1 predomina la actividad
de actinomicetos bacilos esporulados Amino/cidos amoniacoG =egradaci$n "arcial
de ceras< l"idos< cel!losas 0 ;emicel!losasH /cidos grasos di$#ido de carbono )
3ormalmente en esta etapa se eliminan mesfilos patgenos ,ongos esporas semillas
elementos biolgicos indeseables. 5i la compactacin ventilacin son adecuados se
producen visibles emanaciones de vapor de agua. l dixido de carbono se produce en
vol6menes importantes que difunden desde el n6cleo a la corteza. ste gas Fuega un papel
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fundamental en el control de larvas de insectos. La corteza de las pilas especialmente
donde estn los materiales ricos en prote-nas es la zona donde los insectos depositan sus
,uevos. La concentracin de dixido de carbono alcanzada durante el compostaFe resulta
letal para las larvas.
La aireacin el riego o la mezcla del material de la pila de compostaFe evitan un
recalentamiento excesivoG sin embargo el compostaFe se debe realizar en condiciones
termfilas durante el maor tiempo posible no slo para acelerar el proceso de elaboracin
(por cada ' J1 de aumento en la temperatura la actividad microbiana se duplica o triplica)
sino tambin para destruir a los patgenos presentes en el material compostado (" d-as a
// J1 son suficientes para inactivar la maor-a de patgenos se puede llegar ,asta 0' J1
donde slo sobreviven las bacterias esporulantes). !l respecto 5tenford (##*) conclu
que se debe alcanzar una temperatura de // J1 por lo menos durante / d-as para lograr lainactivacin de los patgenos sugiriendo que las temperaturas maores de // J1 optimizan
la sanidad entre 4/ a // J1 maximizan la degradacin entre "/ a 4' J1 favorecen la
diversidad microbiana. ! su vez ;odriguez 1rdova (&''*) manifestaron que se debe
alcanzar una temperatura maor de // J1 durante " d-as consecutivos de compostaFe en
pilas estticas con aireacin forzada una temperatura maor de // J1 por " d-as o maor
de 4/ J1 durante & d-as en el compostaFe con volteos peridicos.
Eta"a mesotrmica 2
1on el agotamiento de los nutrientes la desaparicin de microorganismos
termfilos comienza el descenso de la temperatura baFo 4' V1 en la fase de enfriamiento
donde la velocidad de degradacin disminue inicindose un lento ataque de los pol-meros
compleFos restantes como lignina suberina reapareciendo bacterias ,ongos mesfilos
Nitri%icaci$n, amoniaco nitrato). 7inalmente sigue la etapa de maduracin
almacenaFe donde la temperatura alcanza valores mu cercanos a los del ambiente
durante la cual se producen reacciones secundarias de condensacin polimerizacin. n
estos momentos se dice que el material se presenta estable biolgicamente se da por
culminado el proceso. sta condicin se determina a travs de diversos parmetros algunos
en campo (temperatura color olor) otros en laboratorio (anlisis qu-mico).
Aicrobiolgicamente la finalizacin del proceso de compostaFe se tipifica por la
ausencia de actividad metablica. Las poblaciones microbianas se presentan en fase de
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muerte por agotamiento de nutrientes. 1on frecuencia la muerte celular no va acompaEada
de lisis. La biomasa puede permanecer constante por cierto per-odo a6n cuando la gran
maor-a de la poblacin no sea viable. Las etapas mencionadas no se cumplen en la
totalidad de la masa en compostaFe. s necesario remover las pilas del material en proceso
tal que el material que se presenta en la corteza pase a formar parte del n6cleo viceversa.
stas remociones reconformaciones de las pilas se realizan en momentos puntuales del
proceso permiten adems airear el material lo que provoca que la secuencia de las etapas
descritas se presentes por lo general ms de una vez.
b. *ar/metros de o"eraci$nTi"o de s!strato
l contenido de materia orgnica oscila entre &/$0' +. Bara compostaFe se
pueden utilizar tanto residuos slidos vegetales como animales. ntre los vegetales estn
los restos de poda paFa malezas restos de frutas ,ortalizas cscaras aserr-n grama
ceniza. 1omo residuos animales se consideran el estircol guano de corral plumas pelos
v-sceras. Los residuos vegetales contaminados con plagas o enfermedades deben ser
quemados no utilizados para compostaFe.
3umerosos materiales pierden rpidamente su estructura f-sica cuando son
compostados (eFemplo excretas) otros no obstante son mu resistentes a los cambios. Dal
es el caso de materiales leEosos fibras vegetales en donde la superficie de contacto entre
microorganismos residuos es m-nima recomendndose la mezcla con residuos de menor
dimetro como los de las podas. n caso contrario se debe recurrir al procesamiento para
lograr un tamaEo adecuado un proceso rpido. La alternativa para los materiales leEosos
de gran tamaEo es la utilizacin de trituradoras. Bara un dimetro medio de part-cula menor
resulta un incremento significativo de la biodisponibilidad una disminucin del tiempo de
compostaFe cuando se compara con part-culas maores por lo que el tamaEo aconseFable es
de & a / cm (a medida que el tamaEo de part-cula disminue la superficie el grado dedescomposicin se incrementan). Las part-culas mu pequeEas interfieren con la aireacin
mientras que las ms grandes no resultan reactivas.
8elaci$n carbono@nitr$geno C,N3
La relacin carbono$nitrgeno expresa la cantidad de carbono por unidades de
nitrgeno que contiene una materia. 9na relacin 1=3 de &' a "' con un promedio de &/
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unidades de carbono por una unidad de nitrgeno es decir 1(&/) = 3() H &/ es considerada
como adecuada para iniciar el proceso de compostaFe. 9n material que tenga una
relacin 1=3 superior a "' requerir un maor n6mero de generaciones de
microorganismos para su biodegradacin maor ser el tiempo necesario para alcanzar
una relacin 1=3 final entre & a / (considerada como apropiada para uso agronmico). 5i
la relacin 1=3 es inferior a &' se producirn prdidas de nitrgeno a travs de lixiviacin
volatilizacin a medida que el nitrgeno se mineralize.
Los residuos de origen vegetal por lo general presentan una relacin 1=3 elevada
los de origen animal una relacin 1=3 baFa (aserr-n H 4''G podas tallos ma-z H /'G paFa
de caEa H %'G ,oFas de rboles H 4'G estircol de equinoH "'G estircol de ovino H &'G ,eno
H &'G estircol bovino H/G estircol de cerdo H & G estircol de gallinaH ' G ,arina de
sangre H &).1uando el material disponible no presente una relacin 1=3 apropiada para sucompostaFe se debe mezclar con otros materiales ( balance de nutrientes) eFemplo= dos
partes de excreta bovina ( 0+ de 1 '4 + de 3) con dos de aserr-n (4' + de 1 ' + de
3) para obtener una relacin aproximada de &'.
-!medad
5i la ,umedad inicial de los residuos crudos es superior a /' + se debe buscar la
forma de que disminua antes de iniciar el proceso de compostaFe. l material se puede
extender en capas delgadas o mezclar con materiales secos procurando mantener la
relacin 1=3 requerida. La ,umedad idnea para una biodegradacin aerobia se sit6a entre
/ a "/ + con un rango de 4' a *' +. 9na ,umedad superior producir anaerobiosis
favorece la desnitrificacin al igual que una ,umedad inferior a ' + disminuir
notablemente la actividad biolgica. Bara conocer si el estado de ,umedad es ptimo al
presionar con la mano o el pie la superficie de la cama compostera no debe escurrir agua.
"-
>alores de p cercanos al neutro (*/ a %') aseguran el desarrollo de la gran
maor-a de microorganismos responsables del compostaFe. 8eneralmente al inicio del
proceso el p es 4/$/G en pleno proceso es de %' $ #' finalmente al madurar el
producto es de 0'. n la etapa mesfila < el p se acidifica por la formacin de cidos
grasos a partir de los carbo,idratos. n la etapa termfila el p se alcaliza por la
amonificacin en la etapa mesfila
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Aireaci$n
Los ,ongos actinomicetos son aerobios obligados en su maor-a de manera que
cuanto menor sea la concentracin de ox-geno disponible ms lentamente se metabolizan
los residuos. 1uando la concentracin de ox-geno alrededor de las part-culas desciende a
valores inferiores a &' + aparecen olores nauseabundos producto de metabolismos
fermentativos. !nte esta situacin se suspende inmediatamente el riego se remueve el
material con la consiguiente reconformacin de los camellones.
Tem"erat!ra
l compostaFe se realiza en dos rangos de temperatura mesof-lico de ' a 4' J1
termof-lico entre 4' a */ J1. 1uando se agota el material de fcil degradacin el
metabolismo se ralentiza la temperatura desciende. 5i se revuelve el material latemperatura se incrementa nuevamente debido a que residuos que a6n no ,an sido
descompuestos se metabolizan. 1uando la prctica de revolver el compost a no eleva la
temperatura el compost est listo para la estabilizacin que se puede dar en &' d-as a ms
tiempo.
c. =escri"ci$n del "roceso de com"osta9e
*recom"osta9e
5e denomina precompostaFe a todos los procedimientos que se realizan antes de la
conformacin de los camellones o parvas tienen como obFetivo acondicionar la masa de
residuos para optimizar el proceso. !lgunos de estos procedimientos se ,an mencionado
descrito anteriormente.
@ ?alance de n!trientes
@ Trit!rado
@ Molienda
@ ?ioa!mentaci$n
!lgunos residuos como los de origen agroindustrial (sometidos en el proceso a elevadas
temperaturas) contienen poca carga biolgica o masa microbiana. n estos casos es
conveniente aplicar tcnicas de bioaumentacin. Las ms sencillas de estas tcnicas
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consisten bsicamente en inocular artificialmente los desec,os con una carga de
microorganismos. ! continuacin algunos sistemas ampliamente aprobados=
@ Inoc!laci$n con s!elo %rtil
l procedimiento consiste en extender en el rea de trabaFo los residuos en capas con
una altura no maor a &' cm posteriormente distribuir suelo frtil sobre ellos a razn de
'/ Xg I m& de suelo. Luego de mezclar se procede a la conformacin de los camellones.
sta tcnica es recomendada para materiales con exceso de ,umedad.
@ Inoc!laci$n "or tras"lante
!l igual que la inoculacin con suelo frtil se extienden los residuos. ! continuacin
del n6cleo de una parva en etapa mesotrmica de compostaFe se extrae una cantidad de
material suficiente como para aplicar sobre los residuos extendidos ('' gIIm &). Luego se
mezcla se procede a conformar el camelln. sta tcnica es recomendada para materialescon exceso de ,umedad.
@ Inoc!laci$n con caldo de c!ltio
ste procedimiento consiste en preparar un caldo de cultivo. Bara ello se toma un
tanque de aproximadamente &'' L en el que se depositan / Xg de excreta de aves de corral
(frescas) &' Xg de estircol bovino (fresco) / Xg de suelo frtil o bien / Xg de material
proveniente del n6cleo de una parva en etapa mesotrmica . ! continuacin se llena el
tanque con agua ,asta &'' L se agita. l recipiente debe ser instalado en un lugar donde
est suFeto a m-nimas variaciones trmicas.
:espus de 4% ,oras el inculo puede ser aplicado. 1ada vez que se retira un volumen
de inoculo debe ser repuesto por un volumen igual de agua ms '&/ Xg de suelo frtil o
bien / Xg de material proveniente del n6cleo de una parva mesotrmica . l contenido del
recipiente debe ser agitado ,omogeneizado por lo menos una vez al d-a tratando de
remover el material sedimentado en el fondo. 5eg6n las condiciones climticas un
preparado puede rendir *'' a 0'' litros de inculo. n el rea de trabaFo se extienden los
residuos a ser compostados se riegan abundantemente con el preparado. Luego se
conforman los camellones. ste tipo de tcnica es recomendada para residuos deficitarios
en ,umedad.
d. Sistemas de com"osta9e
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xisten varios sistemas de compostaFe cuo obFetivo com6n adems de
transformar los residuos en compost es conseguir las condiciones letales para patgenos
parsitos elementos germinativos (semillas esporas).
d.1 Sistemas abiertos
Barvas o camellones pilas o montones son las denominaciones para la masade residuos en compostaFe cuando presenta una morfolog-a dimensiones determinadas.
5eg6n el mtodo de aireacin utilizado estos sistema pueden ser en camellones pilas
mviles (aireacin ,omogeneizacin se realiza por remocin reconformacin) sistema
de camellones o pilas estticas (aireacin se realiza en instalaciones fiFas en reas o canc,as
de compostaFe que permiten realizar una aireacin forzada sin necesidad de movilizar los
camellones o pilas).d.& Sistema cerrados o en reactores
Los residuos orgnicos son procesados en reactores que permiten controlarparmetros como ,umedad aireacin. Dambin pueden posibilitar la mezcla continua de
los desec,os mediante dispositivos mecnicos con los que se logra un proceso ,omogneo
en toda la masa en compostaFe. n los reactores se llevan a cabo las etapas biolgicamente
activas despus el material es retirado acopiado para que se cumpla la maduracin.e. *ar/metros de control
9na de las reglas fundamentales en el compostaFe es Qmantener la
independencia f-sica de la unidad de compostaFeR (91). 3unca se debe adicionar material
fresco a una parva que a ,a sido conformada. 5lo cuando se tiene el material equivalente
a la unidad de compostaFe se debe conformar el camelln.
s mu importante llevar registros de los datosms relevantes de cada unidad
de compostaFe (fec,a de conformacin relacin 1I3 de entrada temperatura del material
antes de su ingreso al sistema temperatura ambiente todo dato que se considere de valor
para sistematizar el proceso). Los registros pluvimetricos son de gran importancia.
:eben ser delimitadas con marcas isibles todas las dimensiones necesarias
en la Qcanc,aR que puedan servir de referencia para la movilizacin reconformacin delos camellones. n la prctica el material se explaar perdiendo las dimensiones iniciales.
sto es normal cuando se reconformen los camellones se deber conservar es lo posible
las dimensiones de los diseEos originales.
La aireaci$n 0 ;omogeni6aci$n de la masa en compostaFe favorece el
metabolismo aerobio permite que el proceso se realice en forma ,omognea. sta
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operacin se puede eFecutar manualmente mecnicamente procurando que el material del
n6cleo pase a formar parte de la corteza viceversa. 3o existen frecuencias de aireacin
riego establecidas que resulten aplicables para todos los casos posibles. Las aireaciones
excesivas son tan perFudiciales como los riegos en exceso. 9no de los parmetros que
resultar de fcil determinacin es la temperatura es a partir de la misma que se puede
en parte eFercer control sobre el proceso.
La tem"erat!ra debe ser tomada en el n6cleo del camelln. xisten
termmetros diseEados para este fin. 5i no se cuenta con un termmetro de este tipo pueden
utilizarse termmetros para uso textil o bien termmetros para parafina utilizados en
laboratorios de ,istolog-a. 1onsiderando la longitud del camelln (&4 m) se recomienda
tomar la temperatura en dos puntos equidistantes tomar el valor promedio aritmtico
entre los dos puntos.Bara el control del contenido de ;!medad se puede aplicar el proceso
emp-rico que consiste en tomar con la mano una muestra de material cerrar la mano
apretar fuertemente. 5i se observa que sale un ,ilo continuo de agua el material contiene
ms de 4' + de ,umedad. 5i el material gotea intermitentemente el contenido de
,umedad es cercano a 4' + si no gotea cuando se abre el puEo permanece moldeado la
,umedad est entre &' a "' + si se abre el puEo el material se disgrega contiene una
,umedad inferior a &' +.
5e recomienda realizar las aireaciones cuando comienza a decrecer la
temperatura despus de ,aber alcanzado el valor mximo en la etapa termognica.
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9n compost apto para aplicacin agronmica sea en forma manual o
mecnica deber presentar una granulometr-a adecuada ,omognea adems de estar libre
de elementos orgnicos e inorgnicos que dificulten su aplicacin. xisten muc,as
alternativas para el re%inado del compost G la separacin granulomtrica por cribado es sin
duda la menos costosa de instrumentar la que ,a dado meFores resultados. Las cribas o
zarandas pueden ser vibratorias o de rotacin. Bara utilizacin agr-cola el tamaEo de malla
de la criba deber ser de cm x cm. !simismo para que este proceso de realize sin
inconvenientes es fundamental que el compost presente un contenido de ,umedad inferior
a &' +. Los procesos de refinado por razones obvias se realizan baFo tec,o.
n el proceso de refinado se produce un rec,azo que dependiendo de la materia
prima utilizada la granulometria que se desea obtener se puede presentar en el orden de
/+ a &' +. Bara residuos de origen agr-cola agroindustrial se debe estimar un rec,azode * +. Bara compost producido a partir de fraccin orgnica de residuos slidos urbanos
el rec,azo es cercano a &' +. 5i el rec,azo es exclusivamente de desec,os orgnicos
ingresar nuevamente al sistema de compostaFe.
%. =escri"ci$n de alg!nos mtodos de com"osta9e
%.1 Mtodo de IN=O8E
s un mtodo perfeccionado en
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%. Mtodo de OG=ENs un mtodo desarrollado en stados 9nidos es recomendado para zonas
fr-as o con estaciones bien marcadas. 1onsiste en trazar sobre el terreno plano un cuadrado
de /' m de anc,o x "/' m de largo utilizando estacas en los vrtices. l per-metro se
asegura con tallos que salen del mismo rea despeFada en el centro se colocan diversascapas de desec,os vegetales desperdicios de cocina estircol. La altura mxima deber
ser de /' m. 1omo tec,o del mont-culo se colocan rastroFos con las ra-ces ,acia arriba
se riega en forma natural con agua de lluvia. La produccin de compost se consigue de
aEo para otro (primavera a primavera).ste mtodo no demanda volteo ni riego o aplicacin de activadores por lo que
tambin se denomina mtodo del ,ombre perezoso. 1ada aEo se producen un promedio de
&/ metros c6bicos de compost por ruma. 5e recomienda ,acer varias pilas en forma
escalonada para as- tener un abastecimiento permanente.g. Caractersticas de !n com"ost mad!ro
!l final del proceso de compostaFe se debe formar una masa ,omognea de
tierra negra sin olor en la que no se distingan los componentes. La relacin 1=3 del
producto debe ser de & a/ deber presentar un p de / a % /' a *' + de ,umedad
olor a tierra una granulometr-a menor a ' mm ms de '* + de nitrgeno ms de '/ +
de B&2/ ms de '" + de X&2 ms de "' + de materia orgnica deber estar libre de
agentes patgenos semillas de malezas.
8e%erencias bibliogr/%icas !lb6Far >. !. 5ecln. (&''") +fecto de la composta de lodos residuales
estabiliados e n las lagunas facultativas +.P.$. $+D"C" $.". en la produccin de
humus de lombri /+isenia foetida* Ca0amarca, 1221. Desis de Licenciatura.
Lambaeque. 9niversidad 3acional Bedro ;uiz 8allo. !asta P. O ?ernable 3. (&'&). Me0oramiento del proceso de composta0e de
residuos slidos urbanos biodegradables del distrito de ciudad +ten en
ambaye(ue. Pulio a diciembre de &'. Desis de Licenciatura. Lambaeque.
9niversidad 3acional Bedro ;uiz 8allo.
-
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1arreEo 1. 1. >illanueva. (&''') Produccin de semilla del hongo
"garicus blaei Murrill. 3nforme Convenio Centro de 3nvestigaciones $ociales y
)ecnolgicos C34$+3)- 5niversidad 4acional Pedro 6ui &allo. Lambaeque. 1onseFo 3acional del ambiente (123!A) (&''*) &u'a t7cnica para la
formulacin e implantacin de Planes de Minimiacin y 6eaprovechamiento de
6esiduos $lidos en el nivel municipal Lima 5olvima 8raf 5.!.1. 1one A. (&''') Microbiolog'a del suelo. 5n enfo(ue exploratorio. spaEa
ditorial Baraninfo. ;enter-a X. O 5anta 1ruz . (&'&). Produccin y caracteriacin de compost de
residuos slidos municipales biodegradables del distrito de ciudad +ten en
ambaye(ue. Febrero a 0ulio de 1288. Desis de Licenciatura. Lambaeque
9niversidad 3acional Bedro ;uiz 8allo.
5amam :. (&''#)Produccin y caracteriacin de compost de torta de cachaa ycenia de caldera de la +mpresa "ucarera del 4orte, $.".C., Ferre9afe. Febrero-
agosto, 122:.Desis de Licenciatura. Lambaeque 9niversidad 3acional Bedro ;uiz
8allo. 5andoval !. (&'').Produccin y caracteriacin de compost multienim;tico de
cachaa, bagacillo y esti7rcol en la empresa "gro Pucal; $.".". ambaye(ue. ulio
a noviembre, 122