Vol. 3, N° 2
Julio - diciembre del 2021
ISSN – Online: 2708-3039
DOI: https://doi.org/10.47796/ing.v3i2.531
Artículo
original
Condiciones
ambientales y biológicas del Tenebrio Molitor en la degradación del poliestireno
Environmental
and biological conditions of Tenebrium Molitor in the degradation of Polystyrene
Renza Lucrecia Albarracín Liendo[1]
https://orcid.org/0000-0002-3440-7090
Claudia Vanessa Clavijo Koc[2]
https://orcid.org/0000-0003-2582-5618
Recibido:
04/10/2021
Aceptado:
29/10/2021
Publicado:
19/11/2021
Resumen
La investigación se basa en el comportamiento de la larva Tenebrio
molitor en la biodegradación poliestireno, evaluando las condiciones biológicos
y ambientales. Para esto se determinó los estadios larvarios, la evaluación en
diferentes porcentajes de sustrato y determinación en diferentes temperaturas,
cada uno de estos tratamientos fueron almacenados en recipientes de plástico
y/o vidrio. Se evaluó el consumo de poliestireno por diferentes estadíos de la
larva de Tenebrio molitor catalogándolos en pequeños, medianos y grandes; el
tamaño pequeño y mediano consumieron en promedio 0,12 g y 0,11 g en un promedio
de 56 días, a diferencia del estadío larvario grande que tuvo un consumo de
0,03 g. En el consumo de poliestireno en diferentes porcentajes de sustrato fue
más eficiente en el tratamiento que tuvo una proporción de 15 % a diferencia de
los tratamientos con 8 % y 3 %. La temperatura influye en el proceso de
biodegradación, a temperaturas superiores a 28 °C, disminuye el consumo de
poliestireno y a temperaturas bajas de 11 °C a 20 °C. Es factible manipular las
condiciones ambientales y biológicas para lograr un mejor proceso de
biodegradación del poliestireno por Tenebrio molitor.
Palabras clave: Biodegradación; Poliestireno;
Tenebrio molitor.
Abstract
The
research is based on the behavior of the Tenebrio molitor larva in polystyrene
biodegradation, evaluating the biological and environmental conditions. For
this, the larval stages, the evaluation in different percentages of substrate
and the determination at different temperatures were determined. Each of these
treatments were stored in plastic and / or glass containers. The consumption of
polystyrene was evaluated by different stages of the Tenebrio molitor larvae;
cataloging them as small, medium and large. The small and medium sizes consumed
an average of 0.12 g and 0.11 g in an average of 56 days, unlike the large
larval stage, which had a consumption of 0.03 g. In the consumption of
polystyrene in different percentages of substrate, it was more efficient in the
treatment that had a proportion of 15% in contrast to the treatments with 8%
and 3%. Temperature influences the biodegradation process, at temperatures
above 28 ° the consumption of polystyrene is reduced, and at low temperatures
of 11 oC to 20 °C it increases. It is feasible to manipulate the environmental
and biological conditions to achieve a better biodegradation process of
polystyrene by Tenebrio molitor.
Keywords: Biodegradation; Polystyrene; Tenebrio
molitor.
1.
Introducción
El uso de bolsas al año es de 5 billones,
de las cuales 10 millones son usados por minuto. Cada año se vierten hasta 8
millones de toneladas de plástico en el mar, según Ellen MacArthur Foundation
and McKinsey y Company (2016), indican que si la producción y consumo de plástico
permanecen, en 2050 existirá más plástico que animales marinos en el mar, un 99
% de aves marinas habrán ingerido residuos plásticos, la basura marina
perjudicará a 600 especies marinas, así mismo a nivel mundial, el 50 % del
total de residuos plásticos son plásticos de un solo uso (Geyer, 2017), a nivel local no es diferente porque existe
un mal manejo de residuos sólidos que genera
impacto en los ecosistemas acuáticos y gran parte de la contaminación es
por el poliestireno expandido, este elemento derivado de polímeros es utilizado,
tanto en empaquetado como en edificación (Castañeda-Rojas et al., 2020). Esta problemática
generada por la poca reutilización y alta aglomeración en espacios inadecuados provocan
un impacto negativo para las partes involucradas en el consumo del material
mencionado; el cual es empleado principalmente por la industria de la
construcción, alimentos y embalaje de electrodomésticos
El poliestireno es uno de los principales
contaminantes y la degradación natural lleva mucho tiempo, sin embargo, hay
evidencia de la biodegradación del poliestireno por larvas de escarabajos de la
especie de tenebrios, siendo uno de los más eficientes el tenebrio molitor
(Cardozo, 2020) que es una especie de coleóptero con la capacidad de digerir el
plástico (Portocarrero, 2021), por ello, una alternativa para disminuir los
impactos de este tipo de materiales es hacer uso de esta especie, al respecto
diversos estudios (Gómez, 2018; Peng et al., 2019; Álvarez, 2020; Rodríguez-Carreón,
2021) demuestran que es posible la utilización de la larva de tenebrio molitor
para degradar poliestirenos y residuos orgánicos. Otros estudios demuestran que
esta especie presenta una evolución temporal de la reaclimatación a 25 °C al 75
% de humedad relativa (Allen et al., 2012) y consume el poliestireno en su fase
de larva y adulto, sin que esta dieta comprometa significativamente su
supervivencia (Jacobo et al., 2019).
Por ello la investigación tienen como
objetivo, evaluar las condiciones biológicas y ambientales de la biodegradación
de poliestireno por tenebrio molitor.
2.
Objetivo
La investigación tiene como objetivo evaluar
las condiciones biológicas y ambientales de la biodegradación de poliestireno
por tenebrio molitor.
3.
Metodología
Las muestras de tenebrio
molitor, como material biológico, se obtuvieron en una tienda agroveterinaria
en estadio de larva, estas se almacenaron en envases de plástico con
dimensiones aproximadas de 10 x 10 cm, luego se distribuyeron en tres muestras
diferentes, considerando en tamaños
grandes, medianos y pequeños, cada uno de los envases tenían sustrato y
poliestireno con los mismos pesos.
Seguidamente se construyó invernaderos de vidrio en
forma de cubo de 10 x 10 cm y se ubicaron en un ambiente con temperatura
promedio 22 °C máximo y 19,3 °C mínimo y humedad relativa de 80 % máximo y 70 %
mínimo.
Se suministró como sustrato el
salvado de trigo con diferente peso que consiste en tres tratamientos, con dos
contra muestra cada uno. Posteriormente el control del peso del poliestireno se
realizó cada
semana para calcular la efectividad y así determinar el estadio más eficiente.
Inicialmente las larvas tenebrios molitor
eran pequeñas en forma cilíndrica, de color amarillo y mientras pasaban los
días fueron mudando de piel, así su masa inicial era 13 gramos que corresponde
aproximadamente 100 tenebrios molitor. La cantidad inicial del salvado de trigo
fue de 20, 25 y 30 gramos por tratamiento respectivamente.
La cantidad de poliestireno, en las muestras, fue de 1, 2
y 3 gramos en los tratamientos
respectivamente.
Así mismo, se realizó el monitoreo de las condiciones
climáticas por día en el proceso de estadio de la larva:
-Tratamiento 1 (T1): T1a y T1b
– 28 °C a 30 °C
-Tratamiento 2 (T2): T2a y T2b
– 22 °C a 25 °C
-Tratamiento 3 (T3): T3a y T3b
– 20 °C a 22 °C
Donde a, b son contra muestras
4.
Resultados
El estadio larvario se
catalogó en grandes con un promedio de 2,75 cm; mediano con 2 cm y pequeño con
1,25 cm. El mayor consumo promedio de poliestireno fue en el tratamiento 3,
donde se trabajó con el tamaño más pequeño (Tabla 1), en este tratamiento la
variabilidad de los promedios fue menor comparado con los otros tratamientos.
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Tabla 1 Estadísticos Descriptivos para el consumo de
poliestireno en los Tratamientos de los Estadío Larvario |
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Tratamiento 1 |
Tratamiento 2 |
Tratamiento 3 |
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Promedio |
0,034 |
0,117 |
0,122 |
|
Mediana |
0,014 |
0,122 |
0,126 |
|
Desviación Estándar |
0,044 |
0,027 |
0,008 |
Al hacer el análisis un análisis comparativo,
se encontró diferencias significativas (p-valor =0,03) entre los tratamientos
con un nivel de significancia de 95 %, asimismo, se evidenció que el consumo de
poliestireno por tamaño de
larvas es menos eficiente en larvas de tamaño grande, teniendo en cuenta que en
todos los tratamientos había un peso similar de los tenebrios.
Se puede observar en el tratamiento 1 (Figura 1) un consumo lento
hasta los 40 días y los últimos 20 días se observa una pendiente más
pronunciada lo que indica una velocidad mayor del consumo. En el tratamiento 2
(Figura 2), se puede apreciar que los tenebrios tuvieron una velocidad mayor
durante los 25 días, no evidenciando consumo por 20 días y, posteriormente, se
vuelve a observar consumo en los últimos 20 días, ajustando la ecuación a una
recta se observa una velocidad de consumo constante durante los 56 días. En el
tratamiento 3 (Figura 3), el consumo es constante ajustando casi a un R2 de 1,
sin embargo, la velocidad de consumo de poliestireno es más lento comparado con
los otros tratamientos.
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Figura 1 Evolución del Consumo de Poliestireno en el
Tratamiento 1 (T1) |
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Figura 2 Evolución del Consumo de
Poliestireno en el Tratamiento 2 (T2) |
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El tratamiento de tenebrios de tamaño grande
tuvo un promedio de consumo de 0,03 g a diferencia de los tratamientos medianos
y grandes con un promedio de 0,12 g. No se observó diferencias significativas
entre los tratamientos de tamaño medio y pequeño (Figura 4).
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Figura 4 Consumo de Poliestireno
Según el estadío Larvario |
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Nota. Análisis de Duncan, diferentes letras es
diferencia significativa entre las medias de los tratamientos p < 0,05 |
El porcentaje de poliestireno en relación con
el alimento, siendo el tratamiento 1 (15 %), el tratamiento 2 (8 %) y el
tratamiento 3 (3 %), el tratamiento 1 tuvo un consumo promedio de 0,42 g mayor
a los tratamientos 2 y 3 con un promedio de 0,27 y 0,19 g respectivamente, el
tratamiento con menor variabilidad fue el de 15 % de poliestireno, a diferencia
de los otros 2 con una mayor variabilidad en sus medias.
El mayor consumo de poliestireno se observó en
el tratamiento 1 (15 %), el cual tuvo un promedio mayor significativamente que
el tratamiento 2 (8 %) y el 3 (3 %), demostrándose la influencia de la cantidad
de poliestireno en la biodegradación (Figura 5).
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Figura 5 Consumo de Poliestireno de
Tenebrio molitor en Diferentes Porcentajes de Sustrato |
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El consumo de poliestireno, respecto a las
temperaturas, en el primer tratamiento de 28 a 30 °C fue significativamente
diferente a los tratamientos de temperaturas ambientales internas y externas
que mantuvieron una temperatura promedio de 16,5 y 16, 08 °C, el tratamiento 1
tuvo un consumo promedio de 0,03 gramos y en el 2 y 3, un consumo promedio de
0,08 y 0,07 gramos (Figura 6), demostrándose que la temperatura más adecuada
para la biodegradación del poliestireno es 15 a 20 °C.
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Figura 6 Consumo de Poliestireno de
Tenebrio molitor a Diferentes Temperaturas |
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Nota. Análisis de Duncan, diferentes letras es
diferencia significativa entre las medias de los tratamientos p < 0,05 |
5.
Discusión
Consumos diferentes a los encontrados en la
investigación han sido reportados por Chavesta Saavedra et al. (2019), quienes
reportan un mayor consumo de poliestireno por las larvas de Tenebrio molitor en
larvas más pequeñas. Se evidencia la conversión de larvas a escarabajos, siendo
el tamaño más grande de gusano los que sufrieron metamorfosis. El uso de
tenebrios de tamaño grande se convirtió en pupas y luego en adultos, sin
embargo, Yang et al. (2021) evidenció la capacidad de consumir poliestireno en
una segunda generación, lo que nos permite la posibilidad de trabajar de manera
continua con los tenebrios.
La evolución respecto a la velocidad del
consumo de poliestireno en diferentes proporciones de sustrato se evaluó
durante 56 días. Como fue mayor en el tratamiento 1 y la velocidad disminuyó a
menor proporción de poliestireno, ello evidencia que las larvas consumen el
poliestireno en igual proporción que el alimento y no selecciona el sustrato
orgánico sobre el poliestireno expandido y se podría trabajar con proporciones
de hasta 15 % de poliestireno en un proceso de biodegradación. Yang et al.
(2011) reportó que el consumo de proteína de soya incrementa el peso de los
tenebrios en comparación con el alimento del poliestireno, por tal motivo, se
trabajó en condiciones mixtas para evitar la mortalidad de los tenebrios en la
experimentación.
Experimentaciones realizadas por Yang et al.
(2021) demostraron que las larvas de tenebrios molitor son capaces de
biodegradar el poliestireno expandido (EPS), con un peso molecular medio
ponderado (Mw) 256,4 kDa durante 56 días y evaluaron mediante espectroscopía
infrarroja por transformada de Fourier y análisis termogravimétricos del
excremento y confirmó la formación de nuevos grupos funcionales que contienen
oxígeno, así como un cambio en propiedad física y modificación química, lo que
indica que se produjo la biodegradación de EPS. La biodegradación del
poliestireno está asociada a la microbiota del intestino del gusano, según
Brandon et al. (2018), quien realizó un análisis metagenómicos en el género
Citrobacter sp y Kosakonia sp. En estudios realizado por Przemieniecki et al.
(2020) mediante análisis metagenómico utilizando diferentes sustratos encontró
una relación en el desarrollo de bacterias fijadoras de nitrógeno en el
intestino de las larvas que solamente fueron alimentadas con poliestireno, a
diferencia de Lactococcus sp y Elizabethkingia sp en tratamientos con
poliestireno y polietileno, Li et al. (2009), aisló a Dyella ginsengisoli
strain LA-4 de la saliva de tenebrio molitor alimentada con poliestireno y
demostró la capacidad de la cepa de obtener energía de una única fuente de
carbono de bifenil, y hubo un incremento de Bacillus sp en larvas alimentadas
con poliestireno. Ru et al. (2020). indica diferentes vías metabólicas para la
biodegradación del poliestireno y otros polímeros debido a sus estructuras
moleculares.
Finalmente, la temperatura influye en la
biodegradación del poliestireno, por lo que en épocas de verano esta sería
menos eficiente que épocas de invierno o, en procesos de compostaje, el aumento
de la temperatura podría ser perjudicial para el consumo del polímero. El
tenebrio molitor puede restringir su capacidad de adaptarse a cambios de
temperatura y las altas temperaturas son nociva para la larva (Allen et al.,
2012), no obstante, Sarmiento (2018) realizó una investigación a temperaturas de
28 °C a 34 °C, ello podría indicar que la sobrevivencia no se ve afectada, sin
embargo, el consumo de poliestireno sí se vería afectada.
6.
Conclusiones
La influencia del estadio larvario influye en
el proceso de biodegradación, siendo el tamaño pequeño el más eficiente en el
consumo de poliestireno y los tenebrios de tamaño grande presentan un proceso
de biodegradación más lento debido al proceso de metamorfosis. Además, la proporción de poliestireno y
alimento influye en la biodegradación de la larva, evidenció su capacidad de
metabolizar el poliestireno debido a que no discriminó en el consumo de
sustrato orgánico y el poliestireno. La degradación es más eficiente en
temperaturas de promedio de 16 °C con tendencia a temperaturas bajas y
disminuye las altas en promedio de 29 °C.
7.
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