Por:
Juan Pablo Barrera, Ingeniero en Nanotecnologia
Ana Elisa Casas, A&T Bionano
Karen Isaza Tatiana Pineda, A&T Bionano
Nidia Elizabeth Ramírez, Investigadora Posdoctoral, Líder del Área de Biorrefinería y Sostenibilidad – Programa de Procesamiento y Usos de Cenipalma
David Arturo Munar Flórez, Asistente de Investigación – Programa de Procesamiento y Usos de Cenipalma
La biomasa generada durante el proceso de extracción del aceite de palma crudo (APC) tiene un gran potencial de uso para la generación de productos con mayor valor agregado. Además, el uso de la biomasa puede contribuir a la reducción de las emisiones de gases efecto invernadero (GEI) al ser utilizada como materia prima en la producción de bioenergía, biocombustibles y biomateriales. Para esto, la biomasa debe ser transformada acorde a sus características fisicoquímicas considerando tres rutas tecnológicas, bioquímica (digestión anaeróbica, fermentación), termoquímica (pirólisis, gasificación, combustión) y física (secado, molienda, compactación). En el sector palmicultor, por cada 100 toneladas (t) de racimos de fruta fresca (RFF) cosechados, se obtienen entre 18 y 24 t de APC y entre 4 y 6 t de almendras (palmiste) y biomasa. La biomasa de palma está conformada por fibra de mesocarpio (11 – 14 t), cuesco (5 – 7 t), tusas o racimos vacíos (20 – 23 t), y efluentes (0.7 – 0.9 m3 por tonelada de RFF procesado).
Una característica de estas biomasas es el contenido de humedad, que, aunque varía según el tipo de biomasa, hace necesario un pretratamiento para su almacenamiento o transporte. Actualmente, la atención en el uso de la biomasa residual se ha centrado en el uso de las tusas, debido a su alta disponibilidad. Sin embargo, las tusas enteras reportan una humedad entre 55 – 65 % y un alto contenido de materia orgánica. En consecuencia, por ser un sustrato ideal para el crecimiento de microorganismos, la proliferación microbiana en esta biomasa puede representar un desafío para su manejo y disposición.
Tradicionalmente, se han empleado biocidas químicos para mitigar estos problemas; no obstante, el uso prolongado de estos compuestos ha generado preocupaciones debido a su impacto ambiental y la potencial acumulación de residuos tóxicos en el ecosistema. Además, la creciente resistencia microbiana a los biocidas convencionales ha impulsado la búsqueda de alternativas más sostenibles y con mayor eficacia³.
En este contexto, las nanopartículas de origen mineral han emergido como una solución prometedora en el desarrollo de biocidas innovadores. Este tipo de productos tiene la capacidad de penetrar las membranas celulares microbianas y ejercer una acción antimicrobiana efectiva sin los efectos adversos asociados a los biocidas tradicionales. Además, tienen potencial para controlar microorganismos en diversas matrices, por lo que es clave el desarrollo de estudios que permitan identificar la eficiencia en el control de carga microbiana con el uso de nanocompuestos sintetizados por rutas verdes.
A fin de identificar las posibilidades de uso de nanoproductos para reducir la presencia de microrganismos en la tusa de palma, como pretratamiento para su almacenamiento o transporte, se evalúo la eficacia del biocida Bionanoaxus (BNX) mediante la aplicación de diferentes concentraciones de este nanoproducto y la posterior medición de la carga microbiana residual. De esta forma se evaluó su capacidad en la reducción de Unidades Formadoras de Colonias (UFC) en bacterias y hongos. Para esto, se realizó aspersión de Bionanoaxus en concentraciones del 0.3 %, 0.5 % y 0.7 % a muestras de tusa de palma, posteriormente se sumergieron en caldo nutritivo estéril, formulado para favorecer el crecimiento tanto de bacterias como de hongos y se incubaron a 30°C durante 24 horas. Tras este período de incubación, las muestras fueron sembradas en agar nutritivo e incubadas nuevamente por 48 horas. Finalmente, se realizó un conteo detallado de UFC para identificar el porcentaje de inhibición de la carga microbiana en las muestras tratadas con Bionanoaxus en comparación con el control no tratado.
Como resultado, a las muestras tratadas con el nanoproducto no se observó ningún crecimiento fúngico. Para el conteo de bacterias, los resultados mostraron un mayor número de UFC en las placas del grupo control en comparación con las placas tratadas con BNX. Esta diferencia indica el efecto antimicrobiano del nanoproducto en la inhibición de los microorganismos presentes en raquis de palma. Las placas correspondientes al control, que no recibieron tratamiento con BNX, mostraron un crecimiento abundante de colonias bacterianas, con un conteo promedio de aproximadamente de 67 UFC para bacterias. Las muestras tratadas con BNX al 0.3 % mostraron una disminución en la carga microbiana de aproximadamente un 45 % en comparación con el control, con un promedio de 44 UFC bacterianas. Las muestras tratadas con BNX al 0.5 % exhibieron una disminución del 72 % en la carga microbiana, mostrando un promedio de 16 UFC bacterianas. Finalmente, las muestras tratadas con BNX al 0.7 % mostraron la mayor eficacia, logrando una inhibición del 92 % en la carga microbiana, con un promedio de solo 1 UFC bacteriana.
Para identificar las bacterias presentes en las muestras, se realizó una tinción de Gram, facilitando la diferenciación de los tipos de bacterias según su reacción a la tinción. En el análisis microscópico de las muestras de raquis de palma, se identificaron distintos géneros de microorganismos, predominantemente bacilos y cocos. Entre los bacilos observados se encontraron tanto bacilos esporulados como no esporulados, incluyendo géneros como Bacillus, conocido por su capacidad para formar esporas, puede sobrevivir en condiciones adversas debido a su resistencia a factores ambientales extremos. Además, se identificaron cocos, con géneros como Staphylococcus, presente comúnmente en el suelo y en plantas, es conocido por su capacidad para formar colonias resistentes y su adaptación a diversos ambientes.
Bionanoaxus se presenta como un biocida efectivo y prometedor para el control de microorganismos en subproductos de la industria del aceite de palma, con un potencial para optimizar los procesos industriales mediante la reducción de la carga microbiana en materiales de desecho, desempeñando un papel clave en el pretratamiento de la biomasa para facilitar su transporte, almacenamiento y posterior uso en el desarrollo de nuevos productos de valor agregado.
Referencias
¹ Smith, J., & Lee, T. (2020). Global Palm Oil Production and Its Environmental Impacts. Journal of Agricultural Science, 12(4), 45-67.
² Wong, A. et al. (2021). Microbial Contamination in Palm Oil Processing: Risks and Control Measures. International Journal of Food Microbiology, 74(2), 102-115.
³ Brown, C., & Green, D. (2018). Environmental Impact of Chemical Biocides in Agriculture. Environmental Science & Technology, 52(9), 4512-4520.
⁴ Xu, Y., & Zhao, L. (2020). Nanoparticles in Modern Biocide Development: Mechanisms and Applications. Nanotechnology in Agriculture, 11(3), 145-161.
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