Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales-Universidad Nacional de Río Cuarto
Investigadores de la UNRC proponen la disminución de la disponibilidad de metales tóxicos a través del uso de residuos de la producción artesanal de cerveza.
La utilización de bagazo de cerveza y biomasas bacterianas como bioadsorbentes para la disminución de la disponibilidad de metales tóxicos de suelos y efluentes contaminados es el eje central de un trabajo de investigación que desarrolla un equipo científico de la Universidad Nacional de Río Cuarto.
El grupo estudia la aplicación de herramientas alternativas utilizadas para mermar los efectos de estos metales en los suelos con el objetivo de favorecer el desarrollo de los cultivos, por un lado. Y, por el otro, quitarlos desde afluentes acuosos a los fines de lograr aguas recicladas de buena calidad para ser utilizadas en el riego.
Concretamente, procuran la disminución de la disponibilidad de metales tóxicos a través del uso de residuos de la producción artesanal de cerveza y biomasas bacterianas.
Muchas de las actividades productivas, sobre todo de las industrias, arrojan al ambiente metales tóxicos dañinos para la mayoría de formas de vida. La contaminación en el suelo y el agua es un problema serio. Su acumulación afecta a las plantas y los tejidos orgánicos.
Ante esa emergencia vinculada con la sanidad ambiental, este equipo del Instituto de Biotecnología Ambiental y Salud (INBIAS) trabaja para la biorremediación. Esto es la descontaminación por una vía absolutamente proteccionista, con la utilización, por un lado, del desecho orgánico de la producción cervecera y, por el otro, de microorganismos presentes en la zona.
“Remoción de metales tóxicos desde suelos y efluentes contaminados utilizando como bioadsorbentes biomasas bacterianas inmovilizadas y/o desechos industriales” es el título de este proyecto que dirige Paola Boeris, doctora en Ciencias Biológicas, y que acaba de ser elegido en la convocatoria plurianual 2021-2023 del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, con la asignación de un subsidio de 1.320.000 pesos.
Están centrados en liberar los suelos y las aguas de la contaminación causada por el aluminio, el cobre y el zinc. Ahora piensan trabajar con cultivos de lechuga y trigo, en ensayos con aguas y suelos tratados y no tratados.
Diversas actividades antropogénicas, derivadas de la actividad del hombre que, en particular tienen efectos sobre la naturaleza, han incrementado la biodisponibilidad de metales tóxicos en el ambiente.
La sobreexplotación del suelo produce alteraciones de sus propiedades físicas, químicas y biológicas. Su deterioro ha aumentado por ser receptor de gran cantidad de sustancias potencialmente nocivas. Cuando se movilizan, pueden ser transferidos a las aguas y ocasionar graves problemas de contaminación.
“Los metales tóxicos en forma de alumnio+3, cobre+2 y/o zinc+2 dejan de estar unidos a las superficies minerales y comienzan a estar en solución, en el agua. En solución pueden llegar a los seres vivos y causar daño”, explica la doctora Paola Boeris, quien comparte el proyecto con el doctor en Ciencias Biológicas Andrés Liffourrena, también investigador del Conicet.
Por otra parte, todas las industrias generan aguas residuales que deben ser tratadas antes de volcarlas al ambiente.
Las sales de metales de aluminio, cobre y zinc son solubles en agua, tóxicas y acumulables por los organismos que los absorben, los cuales a su vez son fuente de contaminación de las cadenas alimenticias.
La presencia de Al+3, Cu+2 y Zn+2 -cationes de aluminio, cobre y zinc; metales con carga positiva- en suelos y aguas, afecta el desarrollo y rendimiento de cultivos de importancia agrícola y hortícola, debido a su efecto fitotóxico -que causa desórdenes fisiológicos en las plantas y que se traduce en alteraciones del aspecto, crecimiento, vigor, desarrollo y productividad-.
Un catión es un ion con carga eléctrica positiva, es decir, que ha perdido electrones. Los cationes se describen con un estado de oxidación positivo. En términos químicos, es cuando un átomo neutro pierde uno o más electrones de su dotación original, este fenómeno se conoce como ionización.
Los metales pueden ser removidos a través de procesos de adsorción, con la utilización de diversos materiales biológicos.
“En el grupo desde hace un tiempo venimos trabajando con tres metales: aluminio, cobre y zinc, que cuando se encuentran en el agua o en el suelo como contaminantes están biodisponibles, es decir, que están con carga, como aluminio +3, cobre +2 y zinc +2. Al estar como cationes, son biodisponibles, esto quiere decir que pueden llegar a los seres vivos y ocasionar un daño, ya sea a plantas, microorganismos, animales y, por biomagnificación, puede llegar a los humanos”, puntualiza la doctora Paola Boeris.
Y señala que “la biodisponibilidad se ha incrementado por diferentes actividades antropogénicas; las realizadas por el hombre, que llevan a contaminar o a que haya un cambio en el ambiente”. “Hay una modificación en suelo y agua, que lleva al incremento de la biodisponibilidad”, especifica.
Boeris explica que “la toxicidad depende de la biodisponibilidad”. Y subraya: “En el ambiente están presentes estos metales, pero no siempre están biodisponibles, libres como cationes para llegar a los seres vivos. Están asociados a la materia orgánica del suelo o la del agua. Cuando aumenta la concentración resultan tóxicos”.
Por otra parte, esta investigadora adjunta del Conicet explica que los bioadsorbentes son materiales biológicos que tienen la propiedad de adsorber el metal, el cual queda unido a la superficie, adherido. “Los metales tienen carga positiva, mientras que el adsorbente tiene carga negativa, entonces se atraen”, indica.
Por un lado, utilizan microorganismos, bacterias, metabólicamente activas -vivas- y desactivadas -muertas-. En ambos casos, esa biomasa de bacterias puede adsorber metales. Trabajan con la bacteria de Pseudomonas putida A.
Dado que biomasas metabólicamente activas o no de Pseudomonas putida A inmovilizada en soportes adecuados bioadsorben eficientemente Al+3, Cu+2 y Zn+2 uniéndolos a los grupos -NH, -OH, -COOH, -CO y –PO de su superficie celular, este microorganismo es utilizado como vehículo en los procesos de remoción.
Los primeros -Al+3, Cu+2 y Zn+2- tienen carga positiva. Y los segundos, los grupos funcionales aminas, oxidrilos, carboxilos, carbonilos y fosfatos, son parte de la estructura del material biológico, y tienen carga negativa. Y así es que se produce la atracción que se busca.
Por otro lado, usan adsorbentes alternativos, en particular el bagazo de cebada, residuo de bajo costo proveniente de la industria cervecera, el cual presenta una alta eficiencia en la separación de estos metales.
Para la remoción de Al+3, Cu+2 y Zn+2 de aguas residuales se utilizan biomasas bacterianas metabólicamente inactivas entrampadas en perlas de agar-agar -gelatina que proviene de un alga marina y puede convertir el líquido en gel- y bagazo de cebada.
La adsorción es estudiada tanto en régimen discontinuo como continuo. Incluyen ensayos a escala de laboratorio a través de sistemas continuos -columna de lecho fijo- y discontinuos –batch-.
En suelos, la fitotoxicidad dada por Al+3, Cu+2 y Zn+2 puede ser controlada a través de la utilización de microorganismos y/o enmiendas que limitan la biodisponibilidad de los metales en las proximidades de raíces de las plantas. Por ello, se utiliza como enmienda bagazo de cebada y, además, se desarrollan inoculantes que contienen biomasa activa de putida y/o microorganismos autóctonos inmovilizados en microperlas de alginato -que son carbohidratos complejos naturales, derivados de algas pardas-. En el caso de la bacteria en el suelo, se pretende utilizarla como inoculante.
Ahora se está evaluando el uso de bagazo de cebada y los inoculantes obtenidos para atenuar los efectos nocivos que los metales ejercen sobre el desarrollo de las plantas.
Los suelos tratados y las aguas recicladas obtenidas postratamiento se prevé que sean usadas para la siembra y riego de cultivos. Y se analizará el rendimiento y la calidad de los productos obtenidos.
Se utiliza el microorganismo o el bagazo de cebada. En el caso del suelo se está probando el bagazo y la bacteria viva entrampada en microperlas de alginato. Y en el caso del agua se usa la biomasa muerta entrampada y el bagazo.
“De los estudios surgió que esta bacteria es resistente al aluminio. Comenzamos a estudiar la adsorción con esta bacteria, primero con aluminio, vimos que era útil. Y lo ampliamos a cobre y zinc, porque son metales que pueden estar presentes en la región”, señaló Paola Boeris. Y siguió: “Primero, trabajamos con esta cepa bacteriana. A la bacteria hay que hacerla crecer y encapsularla. Pero, para disminuir los costos de la adsorción, se buscó un material más barato. Así fue que comenzamos a usar un desecho industrial, el bagazo de cebada, de la cervecería artesanal, que es descartado después de que fermenta el grano y representa el 80 por ciento de la producción. Tiene muchas aplicaciones, nosotros lo probamos para adsorber metales y funcionó. Por eso, ahora, una parte de la investigación va por el lado del uso del bagazo de cebada, el cual llega al laboratorio húmedo, y nosotros lo secamos en estufa”.
Agregó: “Comenzamos hace años, apuntando a la biorremediación, la descontaminación, así vimos que la bacteria era capaz de adsorber metales. Arrancamos con agua y después seguimos con suelos”.
Las aguas residuales son aquellas cuya calidad está afectada negativamente por la influencia antropogénica, las cuales deben ser tratadas antes de retornar al ecosistema. En este caso, el propósito es liberarla de metales tóxicos, como el aluminio, el cobre y el zinc. En el laboratorio trabajan, por un lado, con una solución en la que se diluyen los metales. Es agua con los metales disueltos. Y, por el otro, ya comenzaron a estudiar muestras traídas desde diferentes lugares de la zona.
Sin embargo, el problema con los metales es su disposición final. Una forma que se ve como viable es colocar en la producción de ladrillos las perlas y el bagazo utilizados para la extracción el metal del agua.
Desecho de gran utilidad
El bagazo cervecero es un subproducto proveniente de la elaboración de cerveza que actualmente se descarta como residuo, y en algunos casos es destinado para el consumo de animales.
Al agua tratada en el marco de este proyecto de investigación se le agrega bagazo de cebada. Se pone en agitación y se ve cómo los metales que están en el agua se adsorben. Se saca el adsorbente y se comprueba que el agua está libre de metal, ya que queda todo adsorbido.
En el suelo también se usa este desecho industrial. Pero en este caso, no se puede separar el bagazo del suelo.
- Contacto: Dra. Paola Boeris. Cel: 3584118473. pboeris@exa.unrc.edu.ar
- Producción y redacción: Deolinda Abate Daga
- Fotos: Verónica Barbero
