Producción de biomasa fúngica con valor agregado empleando vinaza sucro-alcoholera como sustrato : Evaluación de la calidad agrícola del efluente resultante

Abstract

La vinaza sucro-alcoholera, subproducto de la destilación del alcohol a partir de caña de azúcar, es considerada uno de los efluentes más contaminantes a nivel mundial. En esta Tesis Doctoral, se evaluó su aprovechamiento para la producción de biomasa fúngica con aplicaciones potenciales en la industria acuícola, para la formulación de piensos, y en biorremediación, para la remoción de metales del suelo. Además, se evaluaron las propiedades agrícolas de la vinaza, una vez bioprocesada, mediante prácticas de fertirriego de un cultivo de importancia económica en Argentina como Triticum aestivum L. (trigo). En primer lugar, se evaluó la producción de proteínas (mico-proteínas) por el hongo filamentoso Aspergillus terreus V1 seleccionando, como condiciones óptimas, el empleo de vinaza estéril, sin diluir, suplementada con 2 g/L de urea, e inoculada con 1 × 10⁶ UFC/mL. Luego de 96 h de incubación a 30 °C (150 rpm), se obtuvo una biomasa (B3) con una producción de 2,84 ± 0,18 g/L, un contenido proteico de 44 ± 4 % con los diez aminoácidos esenciales para peces, y una productividad proteica de 12,9 ± 0,4 mg/L h. El análisis de B3 también reveló niveles adecuados de grasas totales (3,9 ± 0,2 %), fibra cruda (5,6 ± 0,6 %), cenizas (5,2 ± 0,2 %), humedad (5,2 ± 1,0 %) y carbohidratos totales (37,0 %), comparables con los encontrados en dietas acuícolas comerciales y una concentración de aflatoxinas (12,90 μg/kg) por debajo del límite permitido para piensos. Experimentos de alimentación de peces (Poecilia reticulata) y anfibios (Leptodactylus luctator) demostraron que la incorporación de B3 a la dieta favoreció la supervivencia animal en comparación a la dieta comercial, sin afectar el índice de condición corporal (K). La vinaza bioprocesada (Vb), correspondiente al sobrenadante obtenido luego de la producción de B3, resultó menos tóxica que la vinaza cruda (Vc), evidenciado por una neutralización del pH y una reducción significativa en la conductividad eléctrica (CE), sólidos totales y DQO. Ensayos de toxicidad en organismos modelo de origen vegetal (Lactuca sativa, Triticum aestivum L., Daucus carota y Allium cepa) y animal (Artemia salina) confirmaron la menor toxicidad de Vb en comparación con Vc, a excepción de Eisenia fetida, donde la mortalidad fue mayor con Vb. Experimentos de biosorción demostraron que la biomasa de A. terreus V1 empleada en una proporción 1:1 (p/p) fue capaz de remover Cr(VI) en medio líquido, pero no fue eficiente para remover el metal a partir del suelo. Finalmente, el fertirriego de trigo con Vb mejoró significativamente los parámetros de crecimiento (germinación, longitud de brote y raíz, peso seco, presión de turgencia y rendimiento total) respecto a Vc. Sin embargo, no se observaron mejoras significativas en las propiedades fisicoquímicas del suelo expuesto a Vb; mientras que las actividades enzimáticas del suelo tratado con Vb mostraron una mayor estimulación de la actividad microbiana total y de enzimas relacionadas con la liberación de fósforo y la descomposición de peróxidos.

Sugar-alcohol vinasse, a by-product of the distillation of alcohol from sugarcane, is considered one of the most polluting effluents worldwide. In this Doctoral Thesis, its use was evaluated for the production of fungal biomass with potential applications in the aquaculture industry, for feed formulation, and in bioremediation, for the removal of metals from the soil. In addition, the agricultural properties of bioprocessed vinasse were evaluated through fertigation practices of Triticum aestivum L. (wheat), an economically important crop in Argentina. First, protein (mycoprotein) production by the filamentous fungus Aspergillus terreus V1 was evaluated, selecting, as optimal conditions, the use of sterile, undiluted vinasse supplemented with 2 g/L of urea, and inoculated with 1 × 10⁶ CFU/mL. After 96 h of incubation at 30 °C (150 rpm), a biomass (B3) with a yield of 2.84 ± 0.18 g/L, a protein content of 44 ± 4 % with the ten essential amino acids for fish, and a protein productivity of 12.9 ± 0.4 mg/L h was obtained. Analysis of B3 also revealed adequate levels of total fat (3.9 ± 0.2%), crude fiber (5.6 ± 0.6%), ash (5.2 ± 0.2%), moisture (5.2 ± 1.0%), and total carbohydrates (37.0%), comparable with those found in commercial aquaculture diets, and an aflatoxin concentration (12.90 μg/kg) below the permitted limit for feed. Feeding experiments on fish (Poecilia reticulata) and amphibians (Leptodactylus luctator) demonstrated that the addition of B3 to the diet improved animal survival compared to a commercial diet, without affecting the body condition index (K). Bioprocessed vinasse (Vb), the supernatant obtained after B3 production, was less toxic than raw vinasse (Vc), as evidenced by pH neutralization and a significant reduction in electrical conductivity (EC), total solids, and COD. Toxicity assays on model organisms of plant (Lactuca sativa, Triticum aestivum L., Daucus carota, and Allium cepa) and animal (Artemia salina) origin confirmed the lower toxicity of Vb compared to Vc, except for Eisenia fetida, where mortality was higher with Vb. Biosorption experiments demonstrated that A. terreus V1 biomass, used at a 1:1 (w/w) ratio, was able to remove Cr(VI) from liquid media but was inefficient in removing the metal from soil. Finally, fertigation of wheat with Vb significantly improved growth parameters (germination, shoot and root length, dry weight, turgor pressure, and totalyield) compared to Vc. However, no significant improvements were observed in the physicochemical properties of soil exposed to Vb; whereas, enzymatic activities of Vbtreated soil showed greater stimulation of total microbial activity and of enzymes related to phosphorus release and peroxide decomposition.