Influencia del consorcio microbiano en la biosorción de cromo total de la etapa de curtido de curtiembre Inversiones Harod SAC

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA DE POSGRADO. RA. DO. -U. NT. UNIDAD DE POSGRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA. PO SG. Influencia del consorcio microbiano en la biosorción de cromo total de la etapa de curtido de curtiembre. DE. Inversiones Harod SAC. TE CA. TESIS. PARA OPTAR EL GRADO DE:. BI. BL IO. DOCTORA EN INGENIERIA AMBIENTAL. Autora:. Ms. Rodriguez Yupanqui, Magda Rubi. Asesor:. Dr. Quezada Álvarez, Medardo Alberto. Trujillo – Perú 2019. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. NT. JURADO CALIFICADOR. DE. PO SG. RA. DO. -U. ______________________________ Dr. Pascual Ancelmo Castillo Valdiviezo PRESIDENTE. BI. BL IO. TE CA. _____________________________ Dr. José Alfredo Cruz Monzón SECRETARIO. ________________________________ Dr. Medardo Alberto Quezada Álvarez ASESOR. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DEDICATORIA A Dios, porque siempre está conmigo en cada paso que doy, cuidándome y dándome fuerzas para seguir adelante y no desalentarme en el camino, por haberme dado salud para lograr mis objetivos y haber permitido culminar una etapa tan. NT. importante de mi formación profesional.. A mi madre OLGA,. -U. por ser el pilar más fundamental en mi vida, por sus consejos, comprensión,. DO. amor, valores y apoyo incondicional sin importar nuestras diferencias de opiniones, y por inculcar en mí el sabio don de la perseverancia. ¡Gracias por. PO SG. RA. darme la vida!. En memoria a mi padre JASHI, a quien admire por sus sabios consejos, quién me enseñó a luchar por mis metas. DE. depositando su entera confianza en cada reto que se me presentaba sin dudar ni. TE CA. un solo momento en mi inteligencia y capacidad para poder lograrlo.. A mis Hijos, Franco Luigi y Cesar Abel por su apoyo y comprensión en. BL IO. momentos difíciles de mi trayectoria para logar mis metas trazadas y seguir siendo un ejemplo para ustedes de hoy y mañana y por el impulso que necesitaba. BI. para seguir avanzando durante este arduo camino. A mis Hnos. Esmeralda y Milton, por ser parte de mi familia y por su apoyo incondicional para cumplir mis metas a lo largo de estos años de esperanza y fe.. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. AGRADECIMIENTO. Agradezco al equipo de profesionales y jefes de laboratorios que contribuyeron en el enfoque científico y técnico en la complementación de mi tesis:. Al Dr. Medardo Alberto Quezada Álvarez, docente de la Escuela de Postgrado de la Universidad Nacional de Trujillo, por su incondicional apoyo, orientación y. NT. guía en el proceso de mi tesis.. DO. orientación en la culminación del presente trabajo.. -U. Al Dr. José Alfredo Cruz Monzón por su invalorable apoyo y ser partícipe de su. RA. Mi profundo agradecimiento a la MSc. Magaly De La Cruz Noriega, docente de la. PO SG. Universidad Cesar Vallejo, por brindarme su confianza, apoyo desinteresado, asesoramiento y sobre todo por contribuir enormemente con sus conocimientos y enseñanzas en la realización de la presente Tesis.. DE. Al Mg. Ing. Isidoro Valderrama Ramos por su apoyo técnico en el Lab. de. TE CA. Biotecnología Ambiental de la Universidad Cesar Vallejo donde se hizo posible parte de la ejecución de mi tesis.. BL IO. Al Ing. Karol Mendoza Villanueva por su valiosa destreza en el manejo técnico de los análisis químicos en el Laboratorio de Química de Ingeniería Ambiental de la. BI. Universidad Cesar Vallejo.. Al equipo técnico del Laboratorio de Tecnologías Limpias y/o Emergentes de la UNT, por su apoyo para el uso de las instalaciones y manejo de equipos, para la ejecución de mi tesis.. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. PRESENTACIÓN. Señores miembros del jurado:. En cumpliendo con el reglamento de Grados de la Escuela de Postgrado de. NT. la Universidad Nacional de Trujillo, presento a vuestra consideración y. DEL. CONSORCIO. MICROBIANO. EN. LA. DO. “INFLUENCIA. -U. criterio el presente trabajo intitulado:. RA. BIOSORCIÓN DE CROMO TOTAL DE LA ETAPA DE CURTIDO DE. PO SG. LA CURTIEMBRE INVERSIONES HAROLD SAC”, con el objetivo de. Trujillo, noviembre del 2019. ________________________________ Ms. Magda Rubi Rodriguez Yupanqui. BI. BL IO. TE CA. DE. obtener el Grado Académico de Doctora en Ingeniería Ambiental.. v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE. JURADO CALIFICADOR ................................................................................................... ii DEDICATORIA ................................................................................................................... iii AGRADECIMIENTO .......................................................................................................... iv PRESENTACIÓN ................................................................................................................. v ÍNDICE ................................................................................................................................. vi ÍNDICE DE TABLAS ........................................................................................................ viii. NT. ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................................ ix. -U. RESUMEN ........................................................................................................................... xi ABSTRACT ........................................................................................................................ xii. DO. I. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 1. RA. II. MATERIAL Y MÉTODOS............................................................................................ 19 2.1 Material.......................................................................................................................... 19. PO SG. 2.1.1 Material de estudio ..................................................................................................... 19 2.2 Metodología ................................................................................................................... 19 2.2.1 Recolección, aislamiento e identificación de las cepas nativas .................................. 19. DE. 2.2.2 Caracterización morfológica las levaduras ................................................................. 20 2.2.3 Tolerancia de las levaduras en varias concentraciones de Cromo (Cr) ...................... 20. TE CA. 2.2.4 Caracterización bioquímica de las dos levaduras ....................................................... 21 2.2.4.1 Reactivación de S. cerevisiae y P. guilliermondii ................................................... 21. BL IO. 2.2.4.2 Verificación de pureza de S. cerevisiae y P. guilliermondii ................................... 21 2.2.4.3 Caracterización de S. cerevisiae y P. guilliermondii ............................................... 21 2.2.4.4 Prueba de fermentación ........................................................................................... 22. BI. 2.2.4.5 Preparación de los inóculos para la cinética ............................................................ 22 2.2.5 Reactivación de las cepas de S. cerevisiae y P. guilliermondii para la producción de biomasa de las dos levaduras ............................................................................................... 22 2.2.6 Obtención de biomasa de S. cerevisiae y P. guilliermondii ....................................... 23 2.2.7 Acondicionamiento de biorreactores .......................................................................... 23 2.2.8 Recolección y acondicionamiento de efluente de curtiembre .................................... 23 2.2.9 Monitoreo y evaluación del proceso de biosorción .................................................... 25 2.2.10 Determinación de los niveles de cromo por Absorción Atómica (AA) ................... 26 2.2.11 Acondicionamiento de muestra del efluente de etapa de curtido ............................. 27 vi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.2.11.1 Determinación de la concentración de Cr total en la muestra del efluente de la etapa de curtido [Cr] ............................................................................................................ 28 2.2.11.2 Preparación de soluciones de trabajo experimental ............................................... 28 2.2.11.3 Obtención recta de calibrado para cromo total ...................................................... 29 2.2.11.4 Determinación de la concentración de cromo total en las muestras obtenidas en el proceso experimental ........................................................................................................... 31 2.3 Análisis estadístico ........................................................................................................ 33 III. RESULTADO Y DISCUSION ..................................................................................... 34. NT. IV. CONCLUSIONES ........................................................................................................ 56. -U. V. RECOMENDACIONES ................................................................................................ 57 VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 58. BI. BL IO. TE CA. DE. PO SG. RA. DO. ANEXOS ............................................................................................................................. 73. vii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE TABLAS. Tabla 1. Resultados de la prueba bioquímica de las levaduras S. cerevisiae y P. guilliermondii en relación a los parámetros fermentativo y el medio de cultivo ...................................................................................................... 36 Tabla.2. Características fisicoquímicas del efluente de la etapa de curtido de la. NT. curtiembre Inversiones Harod S.A.C. ..................................................... 42. -U. Tabla.3. Remoción de Cr total (ppm) aplicando 1,0 g biomasa de S. cerevisiae en. DO. efluente de etapa de curtido durante 24 horas ......................................... 43. RA. Tabla.4. Remoción de Cr total (ppm) aplicando 1,0 g biomasa de P. guilliermondii. PO SG. en efluente de etapa de curtido durante 24 horas .................................... 47 Tabla.5. Remoción de Cr total (ppm) aplicando 1,0 g biomasa de Consorcio (S+P) de levadura en efluente de etapa de curtido durante 24 horas ................. 49. DE. Tabla 6. Análisis de varianza empleando concentraciones de 50 y 100 ppm de. TE CA. cromo, entre la biomasa del consorcio durante 24 horas ........................ 53 Tabla 7. Análisis de Varianza (ANOVA) aplicado a la variable dependiente del. BL IO. porcentaje de remoción de la biomasa a las 06 horas ............................. 53 Tabla 8. Análisis de Varianza (ANOVA) aplicado a la variable dependiente del. BI. porcentaje de remoción de la biomasa a las 12 horas ............................. 54. Tabla 9. Análisis de Varianza (ANOVA) aplicado a la variable dependiente del porcentaje de remoción de la biomasa a las 24 horas ............................. 54. viii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICÉ DE FIGURAS Figura 1. Figura 1. Ciclo del cromo.......................................................................... 2 Figura 2. Curva sigmoidea de crecimiento en levaduras ........................................ 10 Figura 3. Procesamiento de reacciones complejas por (a) una sola población o (b) a consorcio microbiano. ............................................................................. 16 Figura 4. Imagen A, colonias de la levadura del género Saccharomyces; B y C,. NT. células simples de Saccharomyces con colorante de azul de metileno; D,. -U. colonias del género Pichia y E y F, células simples de Pichia en cadenas. DO. (pseudomicelio) ....................................................................................... 35. RA. Figura 5. Tolerancia de las levaduras en concentraciones de 25 y 50 ppm de cromo. PO SG. por el método de plaqueo. En A, B y C, crecimiento de la levadura Saccharomyces (S), Pichia (P) y consorcio de levadura (SP) en medio control de Sabouraud; D, E y F, crecimiento de las levaduras S y SP en. DE. una concentración de 25 ppm en Cr (III) e inhibición de crecimiento de. TE CA. P; en G, H y I, crecimiento de levadura S, P y SP en concentración de 25 ppm en Cr (VI); J, K y L, crecimiento de S, P y SP en una concentración. BL IO. de 50 ppm de Cr (VI). ............................................................................. 38 Figura 6. Curva de calibración para la determinación de niveles de cromo en la. BI. muestra de agua de curtiembre ................................................................ 40. Figura 7. Porcentaje de remoción de Cr total en dos concentraciones de 50 y 100 ppm, con 1,0 g de biomasa de S. cerevisiae en efluente de etapa de curtido, durante 24 horas. ........................................................................ 45 Figura 8. Porcentaje de remoción de Cr total en dos concentraciones de 50 y 100 ppm, con 1,0 g de biomasa de P. guilliermondii en efluente de etapa de curtido, durante 24 horas. ........................................................................ 48. ix Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Figura 9. Porcentaje de remoción de Cr total en dos concentraciones de 50 y 100 ppm, con 1,0 g de biomasa de Consorcio de levaduras en efluente de etapa de curtido, durante 24 horas........................................................... 50 Figura 10. Porcentaje de remoción de Cr total a una concentración de 50 ppm, con 1,0 g de biomasa de S. cerevisiae, P. guilliermondii y Consorcio de levaduras en efluente de etapa de curtido, durante 24 horas. .................. 51. NT. Figura 11. Porcentaje de remoción de Cr total a una concentración de 100 ppm,. -U. con 1,0 g de biomasa de S. cerevisiae, P. guilliermondii y Consorcio de. BI. BL IO. TE CA. DE. PO SG. RA. DO. levaduras en efluente de etapa de curtido, durante 24 horas ................... 52. x Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN. El efluente del proceso del curtido genera impactos negativos en la salud y el ambiente debido a que en esta etapa solo se aprovecha el 70% del cromo (Cr) total utilizado; por lo cual la bioadsorción surge como una alternativa en la remoción de metales pesados. En tal sentido, el objetivo de la presente investigación fue evaluar. NT. la capacidad de remoción de cromo en efluentes de la etapa de curtido de la. -U. curtiembre Inversiones Harold SAC utilizando como sorbente levaduras del genero Saccharomyces cerevisiae (S), Pichia guilliermondii (P) y el consorcio. DO. microbiano estaba conformado por (S) + (P); estas fueron aislados de residuos. RA. agroindustriales. Para la observación de las células de las levaduras se empleó un. PO SG. microscopio binocular marca OLYMPUS, Mo.CX23LFS1. El procedimiento experimental consistió en el uso de 6 biorreactores de 250 ml condicionados con. DE. muestras de efluente de la etapa de curtido, teniendo como sorbente el consorcio (S+P), controlados a 0, 6, 12 y 24 horas. Las muestras fueron analizadas por la. TE CA. técnica de espectrofotometría de absorción atómica a la flama utilizando un espectrofotómetro marca INSTRUMENTS. Los resultados muestran que el. BL IO. consorcio de levaduras tiene la capacidad de remoción de cromo total de 57% y 54% para concentraciones iniciales de 50 y 100 ppm respectivamente. Asimismo, la. BI. evaluación estadística con ANOVA permite afirmar que no existe diferencia significativa (p>0.05) al emplear ambas concentraciones, por lo que es recomendable utilizar la concentración más alta en el proceso de biosorción de efluentes de curtiembres.. Palabras clave: Curtido; remoción; cromo; levaduras y consorcio.. xi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT The effluent from the tanning process generates negative impacts on health and the environment because at this stage only 70% of the total chromium (Cr) used is used; whereby bioadsorption emerges as an alternative in the removal of heavy metals. In this regard, the objective of the present investigation was to evaluate the capacity of chromium removal in effluents from the tanning stage of the tannery Harold SAC tannery using as yeast sorbent of the genus Saccharomyces cerevisiae (S), Pichia. NT. guilliermondii (P) and the microbial consortium consisted of (S) + (P); These were. -U. isolated from agroindustrial waste. For the observation of yeast cells, an OLYMPUS brand binocular microscope, Mo.CX23LFS1, was used. The experimental procedure. DO. consisted of the use of 6 bioreactors of 250 ml conditioned with samples of effluent. RA. from the tanning stage, having the consortium (S + P) as sorbent, controlled at 0, 6, 12 and 24 hours. The samples were analyzed by the flame atomic absorption. PO SG. spectrophotometry technique using an INSTRUMENTS brand spectrophotometer. The results show that the yeast consortium has the total chromium removal capacity of 57% and 54% for initial concentrations of 50 and 100 ppm respectively. Likewise,. DE. the statistical evaluation with ANOVA allows us to affirm that there is no significant difference (p> 0.05) when using both concentrations, so it is advisable to use the. TE CA. highest concentration in the biosorption process of tanneries effluents.. BI. BL IO. Keywords: Tanning; removal; chromium; yeasts and consortium.. xii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. I.. INTRODUCCIÓN. Desde el inicio de la revolución industrial, la humanidad ha estado introduciendo numerosas sustancias peligrosas, en su mayoría metales pesados que son vertidos al ambiente a un ritmo exponencial. La persistente contaminación de estos metales en todo el mundo representa una gran amenaza para todas las formas de vida en el medio ambiente (Kumar et al., 2017 y Fu, & Wang, 2011) ya que reaccionan incluso a bajas. NT. concentraciones afectando negativamente el crecimiento de las plantas, la variación genética (Xie et al., 2016) y su acumulación de estos iones metálicos se transfiere a la. -U. cadena alimenticia (Gautam, et al., 2014 y Ayangbenro et al., 2017). La toxicidad de los. DO. metales pesados depende de su movilidad en el medio, de su naturaleza química (Chen et al., 2016), persistencia y forma de desplazamiento mediante la acumulación o. RA. bioacumulación (Rubio et al., 2015). Además, los metales pesados eliminados por las. PO SG. diversas actividades industriales sin un tratamiento adecuado representan una amenaza significativa para el medio ambiente y la salud publica debido a su persistencia (Hakeem & Smita, 2010). Muchos metales pesados son indestructibles y representan una amenaza ya que no pueden ser degradados ni química, ni biológicamente, es decir no son. DE. biodegradables, algunos de estos metales pueden concentrarse a lo largo de la cadena. TE CA. alimenticia y eventualmente bioacumularse en el cuerpo humano (Wu et al., 2010).. Un metal pesado se define como un elemento que tiene propiedades metálicas como. BL IO. ductibilidad, conductividad, densidad, estabilidad como catión y especificidad a ligando. Se le denomina metales pesados a un conjunto de 65 elementos de la tabla periódica con un. BI. número atómico mayor a 20 y con una alta densidad relativa mayor o igual a 5g/cm 3 en su forma elemental. Estos presentan diversas características fisicoquímicas y biológicas, forman sustancias complejas como iones libres o participan en reacciones redox que resultan potencialmente tóxicas para los organismos (Pineda y Rodríguez, 2015). Los metales pesados se clasifican en tres clases de acuerdo a sus funciones y efectos biológicos: 1) metales esenciales con funciones biológicas, estos son requeridos en cantidades traza como nutrientes esenciales para el desarrollo de la vida de los organismos como Na, K, Mg, Ca, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo y W; 2) metales tóxicos, los cuales pueden ejercer un efecto nocivo aún en bajas concentraciones, tenemos Ag, Cd, Cr, Sn, Au, Hg, Ti, Pb, Al y metaloides Ge, As, Sb y Se; y 3) los metales no esenciales, que no son 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. tóxicos y sus efectos biológicos son desconocidos tenemos a Rb, Cs y Sr (Lucho et al., 2005). Los metales pesados se encuentran en la corteza terrestre, en forma de minerales, sales u otros compuestos; algunos son requeridos como micronutrientes para las plantas, ciertos metales de transición son esenciales para algunos procesos celulares, ya que ejercen funciones catalíticas en determinadas reacciones bioquímicas o en conversiones metabólicas, actúan como micronutrientes o cofactores enzimáticos y pueden estabilizar estructuras proteicas, facilitar el transporte de nutrientes y la neutralización y control de la presión osmótica. Sin embargo, se han realizado investigaciones por Marrero-Coto et al.,. NT. (2010) y Pineda (2015) donde se menciona que a concentraciones superiores ejercen un. DO. un factor importante para lograr la homeóstasis celular.. -U. marcado efecto citotóxico por lo que el mantenimiento de las concentraciones adecuadas es. El Cr es un metal duro de color gris acero que se encuentra naturalmente en la corteza. RA. terrestre se encuentra en forma de mineral cromita. Es un metal de transición y pertenece al. PO SG. grupo VI en la tabla periódica como el primer elemento del grupo. Existe estados de oxidación invariables que van desde Cr (II) a Cr (VI). Pero existen estados, como Cr (III) y Cr (VI) más comunes y altamente estables. Naturalmente el Cr se encuentra en todo tipo de. DE. componentes ambientales, incluyendo aire, agua y suelo, pero en pequeñas cantidades. La oxidación y reducción simultáneas del cromo son aspectos más notables del ciclo del. BI. BL IO. TE CA. cromo.. Figura 1. Ciclo del cromo Fuente: Jobby et al., 20018. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. El Cr (III) se oxida en Cr (VI) en suelos y sedimentos espontáneamente por óxido de manganeso (MnO2), mientras que la reducción de Cr (VI) a Cr (III) se produce por diversos compuestos de carbono en el suelo reducidos (Jobby et al., 2018).. El cromo es un elemento peligroso que se transporta en el agua y que puede ser absorbido mediante el consumo del recurso hídrico y de los alimentos por diferentes organismos como plantas y animales. Este elemento, al ingresar a los organismos, ya sea por ingestión, contacto o inhalación, genera efectos muy nocivos de orden genético, mutagénico y El cromo hexavalente, Cr (VI), es una sustancia. NT. carcinógeno (Borda-Prada, 2016).. -U. química tóxica, mutagénico y cancerígena prioritaria en muchos países; así como para la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA- Environmental Protection. DO. Agency). Los estudios han proporcionado evidencia de que la toxicidad de Cr (VI) es debido al hecho de que los complejos metálicos pueden cruzar fácilmente la membrana. RA. celular y provocar intracelular la acumulación de sustancias reactivas de oxígeno (ROS). PO SG. que altera las estructuras celulares (Ferreira et al., 2019 y Fernández et al., 2010). Se ha estimado que Cr (VI) es 100 veces más tóxico y 1000 veces más mutagénico que Cr (III) (Chojnacka, 2010). Por lo tanto, el proceso básico para la desintoxicación de cromo es la. DE. transformación de Cr (VI) a Cr (III), tal como lo reporta Cheung & Gub (2007). El cromo ingresa al cuerpo a través de la respiración, al comer, beber o contacto con la piel del. TE CA. cromo y sus compuestos. Los efectos tóxicos de Cr (VI) incluyen erupciones cutáneas, hemorragia nasal, infección del tracto respiratorio, sistema inmunitario debilitado y enfermedades hepáticas (Ali, Saeed, & Mabood, 2016); es considerado un carcinógeno. BL IO. ocupacional asociado con los cánceres de pulmón, nariz y seno (Mishra et al., 2016 y Jobby et al., 20018), mientras que su forma trivalente reducida, Cr (III) es mucho menos. BI. tóxica e insoluble según Benazir et al., (2010) y es un nutriente esencial para el hombre en su metabolismo energético. También se ha investigado que existe efectos adversos en el metabolismo del hierro de los trabajadores de la curtiduría, debido a la acumulación excesiva de Cr en el cuerpo (Jobby et al., 2018). Sin embargo, a altas concentraciones, el Cr (III) puede formar complejos con compuestos orgánicos que interfieren en los sistemas de metaloenzimas, también puede causar problemas de salud, p. cáncer de pulmón, deficiencia de nacimiento y disminución de la salud reproductiva (Fernández et al., 2018).. Actualmente, la eliminación de metales pesados de las aguas residuales usa varios métodos convencionales, como los procesos químicos mediante precipitación, coagulación3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. floculación, flotación, intercambio iónico y filtración por membrana; sin embargo, estos métodos no son económicos, utilizan grandes cantidades de productos químicos y generan lodos tóxicos (Siddiquee et al., 2015). Por lo tanto, la información detallada sobre ocurrencia, fuentes de contaminación de cromo en el medio ambiente y sus efectos toxicológicos en humanos, animales, plantas como así como en microorganismos ha contribuido a buscar estrategias para minimizar los efectos tóxicos como la biorremediación.. NT. Diversas actividades económicas, como del sector cuero y curtido, producción de energía,. -U. pigmento y fabricación de baterías, minería, metalurgia y galvanoplastia son ejemplos de industrias que producen aguas residuales que contienen metales pesados, como Cr (III), Cr. DO. (VI), Cu (II), Ni (II) y Zn (II) a concentraciones de hasta 120 veces más alto que los permitidos por la ley (Soares & Soares, 2013). Aproximadamente 40 millones de toneladas. RA. de desechos se generan por año en las curtiembres de todo el mundo (Jobby et al., 20018). PO SG. contribuyendo especialmente a la contaminación por cromo (Gutterres et al., 2015 y Parveen et al., 2017), al consumir cerca del 32% del cromo total mundial, que al ser vertido al ambiente suele acumularse en los sedimentos y transforman el ambiente. DE. (Benitez-Campos, 2011).. TE CA. El proceso de curtido para la obtención del cuero mediante la aplicación de compuestos que contienen cromo, es un método industrial comúnmente utilizado; el cual se dispersa en el ambiente a través de las aguas residuales generadas durante todo el proceso en la. BL IO. curtiembre (Borda-Prada, 2016). La recuperación de Cr a partir de las aguas residuales producidas en la etapa de curtido es una alternativa a favor del ambiente que evita la. BI. eliminación de gran cantidad de lodo que contiene Cr en vertederos de residuos industriales peligrosos (Malaviya & Singh, 2016 y Mella et al., 2015). Además, se viene realizando diversos estudios donde se resalta que los diversos compuestos de cromo (Cr) representan una gran amenaza al ambiente y al hombre debido a sus efectos nocivos. Las industrias de curtiduría de pieles utilizan sales de Cr en sus procesos, que generan efluentes líquidos con alto contenido de este metal, el cual, debe ser removido a fin de cumplir con la legislación ambiental (Porras, 2010) y las personas que participan del proceso productivo del cuero tienen un riesgo significativo a la exposición a cromo debido al contacto con cromo o al ingreso por otras vías diferentes (Cuberos et al., 2019). Los efluentes industriales provenientes de las curtidurías son uno de los más complejos en 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. lo que se refiere a su tratamiento debido a la composición y origen de los contaminantes. Los principales efluentes se generan durante las operaciones de curado, descarnado, lavado, remojo, eliminación del pelo, corte a la cal, maceración, piclaje y desengrasado. En la tenería se prepara la piel fina mediante varios procesos. Entre ellos se incluyen el curtido vegetal o con cromo, el raspado y el acabado. El proceso global de curtiduría genera un promedio de 65 a 100 m3 de vertidos por 1000 kg de piel salada y húmeda tratada. La composición de los vertidos tiene 8000 ppm de ST (Sólidos totales), 1500 ppm de SVO (Sólidos volátiles orgánicos), 1000 ppm de proteínas, 300 ppm de NaCl, 1600 ppm de DT. NT. (Dureza total), 1000 ppm de sulfuros, entre 30 a 70 ppm de cromo, 60 ppm de nitrógeno. -U. amoniacal y 1000 ppm de DBO (Demanda Bioquímica de oxígeno). Además, tiene un pH alcalino ente 11 y 12 y se produce fangos (Villareal y De Gregorio, 2018). El cromo es uno. DO. de los componentes más importantes de estos efluentes, ya que casi un tercio del cromo. RA. usado en el proceso no se fija durante el curtido (García - Jiménez et al., 2005).. PO SG. Sin embargo, Fandiño (2009) describe la importancia de los procesos de pelambre y curtido. El proceso del pelambre que se refiere a la destrucción del pelo, el cual consiste en disolverlo utilizando cal y sulfuro de sodio. Este proceso se hace en dos etapas: 1) Pre. DE. remojo y remojo; las pieles saladas se rehidratan en el proceso de remojo, las pieles frescas se lavan para retirar la sangre y la materia orgánica adherida. Las pieles saladas son. TE CA. remojadas con varios baños de agua y esta operación dura alrededor de seis horas. 2) Pelambre; después del remojo de pieles saladas o el lavado de las pieles frescas, se inicia el proceso de pelambre. Con el pelambre se hincha la epidermis, se retira el pelo y se. BL IO. saponifican las grasas naturales para facilitar el efecto del curtido. Esta operación dura alrededor de 17 horas. En el proceso del Curtido; se lleva a cabo con dos fines principales:. BI. impedir la putrefacción del cuero y mejorar su apariencia y propiedades físicas, asegurando la estabilidad química y biológica del mismo. Este proceso puede efectuarse con curtientes vegetales o sales de cromo como sulfato básico de cromo. El proceso se hace en tres etapas: desencalado y purga, piquelado y curtido. 1) Desencalado y purga; es la preparación de las pieles para la curtación. En este proceso se retira la cal que se encuentra entre las células de la piel. 2) Piquelado: consiste en la acidulación de las pieles, con el objeto de evitar el hinchamiento y facilitar la fijación de las sales de cromo entre las células y 3) Curtido; En este proceso se convierte la piel en un material fuerte y resistente a la putrefacción pasando a cuero propiamente dicho. Ortiz (2013), describe el proceso de curtido y esta consiste, en transformar la piel de 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ganado vacuno u otros animales, en cuero, se puede utilizar el curtido vegetal con taninos que aportan polifenoles, que son agentes astringentes pero el proceso es lento, pues requiere entre una y dos semanas. El curtido químico con cromo es mucho más rápido y se realiza en un período de 6 a 8 horas. La calidad del cuero depende principalmente de la cantidad y homogeneidad del cromo fijado en el colágeno de la piel. Este proceso utiliza exceso de cromo para garantizar la fijación de éste en las proteínas de la piel y evitar la descomposición del cuero.. NT. Según la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de USA, la concentración permisible. -U. para todas las formas de Cr, incluido Cr (VI) es 0,1 mg/L y la concentración de Cr (VI) y Cr total prescrita bajo las normas de la India para el agua potable es de 0,05 mg/L (Jobby. DO. et al., 20018). En el Perú se viene exigiendo un control y gestión en la aplicación de este insumo por las curtiembres, medida por el cual ha generado realizar fiscalizaciones y. RA. monitoreo a través del OEFA (Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental). PO SG. competencia que se le asignado a partir del año 2013 mediante resolución RCD Nº 0332013- OEFA/CD. Como antecedente tenemos que el 27 de julio del 2016 la Dirección de Fiscalización, Sanción y Aplicación de Incentivos - DFSAI del Organismo de Evaluación y. DE. Fiscalización Ambiental - OEFA, emitió la Resolución Directoral Nº 1121-20160EFA/DFSAI donde resolvió; entre otros, declarar la existencia de responsabilidad. TE CA. administrativa de la Curtiembre Chimú Murgia al haberse encontrado infracciones a la normativa ambiental en. relación a las Medidas de Prevención y/o Mitigación del. Diagnóstico Ambiental Preliminar presentado y no cumplir con el reglamento que aprueba. BL IO. los Límites Máximos Permisibles y Valores Referenciales para las Actividades Industriales de Cemento, Cerveza, Curtiembre y Papel, según el Decreto Supremo N° 003-2002-. BI. PRODUCE, donde se reporta valores de LMP de 2,0 mg/L y 0,5 mg/L de Cr total que deben asumir las industrias como curtiembre en curso y nuevas respectivamente antes de verter a cuerpos de agua superficial para proteger y conservar el ambiente, tal como se describe: “Excedió los Límites Máximos Permisibles para el rubro curtiembre para las actividades de industrias en curso en los parámetros Cromo VI (mg/l) y Cromo Total (mg/l) en el punto de control identificado como EFLU-01 correspondiente al punto de descarga final al alcantarillado público del Informe de Monitoreo Ambiental correspondiente al primer semestre del año 2013. Esta conducta contraviene lo dispuesto en el Numeral 2 del 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Artículo 6° del Reglamento de Protección Ambiental para el Desarrollo de Actividades de la Industria Manufacturera, aprobado mediante Decreto Supremo N° 019-97-ITINCI; en concordancia con el Literal i) del Artículo 21° del Régimen de Sanciones e Incentivos del Reglamento de Protección Ambiental para el Desarrollo de Actividades en la Industria Manufacturera, aprobado mediante Decreto Supremo N° 025-2001-ITINCI y el Artículo 4° del Reglamento que Aprueba los Límites Máximos Permisibles y Valores Referenciales para las Actividades Industriales de Cemento, Cerveza, Curtiembre y Papel, aprobado por. NT. Decreto Supremo N° 003-2002-PRODUCE". -U. Actualmente existe el D.S. N°010-2019-VIVIENDA, considerada como una norma que regula mediante Valores Máximos Admisibles (VMA) las descargas de aguas residuales. DO. No domésticas en el sistema de alcantarillado sanitario a fin de evitar el deterioro de las instalaciones, infraestructura sanitaria, maquinarias, equipos y asegurar su adecuado. RA. funcionamiento, garantizando la sostenibilidad de los sistemas de alcantarillado y. PO SG. tratamiento de aguas residuales. Los VMA, son aplicables en el ámbito nacional y es obligatorio su cumplimiento para todos los usuarios que efectúen descargas de aguas residuales No domésticas en el alcantarillado sanitario; también es exigible por las. DE. entidades prestadoras de servicios de saneamiento (SEDALIB, SEDAPAL, otros). El valor referencial de descarga del efluente no domestico al alcantarillado en el caso de curtiembre. TE CA. es 10mg/l de cromo total y esta no debe excederse para no ocasionar daños ni impacto en los cuerpos receptores de estas aguas residuales.. BL IO. En la historia de los Cluster de calzado del distrito El Porvenir en el departamento de La Libertad se reporta ya por los años 80 con la instalación de la primera curtiembre teniendo. BI. como nombre “El Porvenir”, con poca o nulo manejo de los insumos químicos y su desconocimiento del impacto al ambiente de estas industrias emergente (Pérez et al., 2008). A nivel nacional CITEccal (Centro de Innovación Productiva y Transferencia Tecnológica del Cuero, Calzado e Industrias Conexas) - Lima (2018), reporta un informe técnico donde describe la necesidad de fomentar industrias sostenibles en el Perú, teniendo como desafío lograr que la industria de curtiembre pueda disminuir sus niveles de contaminación a través de estrategias de gestión de la producción y gestión ambiental que le permitan optimizar sus procesos productivos; y satisfacer la demanda del mercado con productos de alto valor sin desmedro de la salud ambiental. Dentro de los principales tratamientos de efluentes que se vienen desarrollando para alcanzar los estándares 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. establecidos en las regulaciones ambientales a nivel mundial tenemos métodos físicos, químicos y biológicos independientes o en combinación.. Por lo tanto, existe una creciente necesidad de desarrollar una nueva propuesta ecológica y rentable para la remediación de metales inorgánicos (Cr, Hg, Cd y Pb) antes de ser liberados al ambiente y salvaguardar el ecosistema (Marzan et al., 2017; Igiri et al., 2018). La biorremediación es un método de tratamiento biológico, que requiere de organismos vivos como plantas y microorganismos, (bacterias y hongos) que destruyen y/o. NT. transforman contaminantes peligrosos. Estos microorganismos tienen diversos mecanismos. -U. de secuestro de metales o tienen mayores capacidades de biosorción de metales, utilizando biomasa viva o muerta y sus componentes como las enzimas (Gaur, 2014). Este método. DO. ofrece una alta especificidad mediante mecanismos de biosorción, biodisponibilidad bioacumulación, biotransformación o biolixiviación (Fang et al., 2007 y Dzionek et al.,. RA. 2016). Además, la capacidad de biosorción aplicando bacterias, hongos, biopelículas,. PO SG. algas, microbios genéticamente modificados y células microbianas inmovilizadas y biofilm han demostrado tener un efecto sinérgico en la eliminación de los metales pesados (Igiri et. DE. al., 2018).. La biosorción permite la captación activa o pasiva de iones metálicos, debido a la. TE CA. propiedad que tienen diversas biomasas vivas o muertas para enlazar y acumular este tipo de contaminantes por diferentes mecanismos. Se describe como un proceso fisicoquímico que incluye los fenómenos de adsorción y absorción de moléculas e iones. Este método. BL IO. poco convencional busca principalmente la remoción de metales pesados en aguas residuales prevenientes del sector industrial, usando especies metálicas (sorbato) y como. BI. biosorbente diferentes materiales de origen biológico (vivo o muerto) (Fernández et al., 2018), tales como: algas, hongos, bacterias, cáscaras de frutas, productos agrícolas y algunos tipos de biopolímeros. Estos materiales son de bajo costo y se encuentran en gran abundancia en la naturaleza (Tejada-Tovar et al., 2015). Además, Cañizares-Villanueva (2000) puntualiza en su investigación que la bioadsorción involucra una fase sólida (biomasa) y una fase líquida (agua) que contiene disueltos la sustancia de interés como aguas residuales con metales pesados que será adsorbida (los iones metálicos) y para que este proceso pueda realizarse con éxito, debe existir una gran afinidad entre los grupos funcionales de la biomasa y el contaminante, ya que este último debe ser atraído hacia el sólido y enlazado por diferentes mecanismos. 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Además, la biosorción de iones metálicos tiene lugar en la superficie externa de la pared celular de los microorganismos. Este proceso proporciona un mecanismo para inmovilizar metales pesados tóxicos y evitar una mayor entrada en las células vivas que podría causar daño significativo. La adsorción es un proceso físico que se da a través de las fuerzas electrostáticas o de Van Der Waals que retienen los iones metálicos que son adsorbidos, uniendo grupos químicos funcionales de las biomoléculas en la superficie celular y luego puede atravesar la estructura celular a través de interacciones químicas (Han, X., & Gu, J. D., 2010 y Beltrán-Pineda & Gómez-Rodríguez, 2016). Se han realizado estudios con. NT. hongos sobre los mecanismos de interacción con el cromo, mediante procesos de. -U. biosorción y de bioacumulación. Chojnacka, K. (2010) sostiene que la biomasa de levaduras y otros hongos contienen quitina y quitosano y, por lo tanto, tiene radicales. DO. aminos, amida y los grupos hidroxilo que se encuentran en la superficie celular. Por esta razón los hongos tienen propiedades únicas de unir cationes y aniones a su pared celular.. RA. Las especies reportadas como biosorbentes incluyen levaduras como Saccharomyces. PO SG. cerevisiae, Candida sp, Pichia sp. y los hongos filamentos (Benitez-Campos, 2011). Estudios recientes, han descrito cepas fúngicas capaces de realizar el proceso de. DE. transformación de Cr (VI) a especies reducidas (Corona et al., 2010).. Las levaduras son hongos unicelulares, se encuentran ampliamente distribuidas en la. TE CA. naturaleza, se les puede localizar en el suelo, en la superficie de las frutas, en el néctar de las flores y en ambiente acuáticos. La mayoría son organismos saprofitos y proliferan en materia orgánica muerta; otras son parasitas, facultativas u obligadas; pueden ser. BL IO. clasificados en dos grupos filéticos: Ascomycota y Basidiomycota, pueden crecer en un amplio rango de hábitats, son heterotróficos que requieren para su crecimiento nutrientes. BI. minerales y una cantidad significativa de carbono orgánico. Las frutas son micro hábitats importantes debido a su alta concentración de azúcares simples y bajo pH, según Cuervo & Osorio (2013).. La estructura de una levadura está relacionada directamente a la célula eucariota, a través del microscopio se puede observar la pared celular, el citoplasma con vacuolas, glóbulo de grasas y granulo metacromáticos. Algunas pueden presentar un material viscoso, compuesto por polisacáridos, que rodea la célula y que es semejante a la cápsula bacteriana (Vera García 2004); las levaduras son denominadas imperfectas o anamórficas debido a la presentación de las fases sexuales, reproducción asexual que ocurre por gemación o fisión 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. y pueden formar pseudohifas o seudomicelio y micelio verdadero estudiado por Cepero (2012). Además, Kurtzman et al., (2011) describen que los brotes maduros (en la gemación) pueden desprenderse como células discretas o permanecer unidos a la célula madre y dan lugar a cadenas o grupos de células teniendo como resultado la formación de pseudohifas, definidas como un filamento compuesto por una cadena de células que se han formado por gemación.. Las levaduras presentan un crecimiento sigmoideo pasando por cuatro fases de. NT. crecimiento: fase lag, fase exponencial, fase estacionaria y fase de muerte (Sanchis, 2014).. -U. Fase Lag o de adaptación: también llamada fase de latencia. Cuando las levaduras son transferidas de un medio a otro, no se produce un aumento en el número de células.. DO. Durante esta fase los microorganismos se adaptan al nuevo medio. Fase Exponencial o log: las células de las levaduras se reproducen sin limitación de nutrientes. Las células de. RA. duplican a intervalos regulares de tiempo. Fase estacionaria: ocurre cuando se agotan los. PO SG. nutrientes o existe un cambio en las condiciones del medio. Existe un equilibrio entre división y muerte celular. Fase de muerte: se agota la energía por agotamiento de nutrientes. No se puede sostener más crecimiento y las células mueren. Este crecimiento. DE. depende de numerosos factores como: temperatura, nutrientes, acidez del medio, en. BI. BL IO. (Galan et al., 2018).. TE CA. algunos casos, la luz (por ejemplo, Schizosaccharomyces japonicus), humedad y oxígeno. Figura 2. Curva sigmoidea de crecimiento en levaduras. Fuente: Sanchis, 2014 Las células de las levaduras pueden eliminar metales pesados en solución, mediante dos 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. mecanismos principales: un proceso pasivo, llamado biosorción y un proceso dependiente del metabolismo, conocido como bioacumulación. La biosorción se puede definir como el proceso fisicoquímico en donde el metal (sorbato) interactúa y se acumula en la superficie de las células microbianas (biosorbente) (Gadd, 2010). Esta propiedad se muestra tanto con levadura viva como muerta células, es rápido (en minutos) e independiente del metabolismo. La biosorción no requiere la adición de una fuente energía y se atribuye a la interacción con varios grupos funcionales presente en la capa de pared celular de levadura; compuesto por carboxilo, amino, amida, hidroxilo, sulfhídrico y fosfato. En células de. NT. levadura vivas, después que el metal se adhiere a la superficie (pared celular) también. -U. puede ocurrir la bioacumulación. Este proceso solo ocurre en activos metabólicos de células vivas, es lento y está asociado con el paso de los metales a través de la membrana. DO. celular por la acción de H +- ATPasa del plasma de la membrana (Gadd, 2000). Los metales también pueden ingresar al interior de la célula a través de poros o canales,. RA. logrando posteriormente acumularse a nivel intracelular (Gadd 2010). La bioacumulación. PO SG. se ve afectada por temperatura y presencia de inhibidores metabólicos (Soares & Soares, 2013).. DE. Todos los organismos vivos necesitan adaptarse a condiciones cambiantes del medio ambiente para sobrevivir. Tanto en la naturaleza, en el laboratorio, como en procesos. TE CA. industriales, S. cerevisiae atraviesa por diferentes situaciones adversas para su crecimiento, siendo las más importantes condiciones de estrés térmico, osmótico y oxidativo. La levadura reacciona generando una vía de respuesta al estrés que está mediada por la. BL IO. proteína cinasa A; sin embargo, también se han identificado vías específicas de respuesta a cada una de las condiciones estresantes. Así, la vía de HOG (Glicerol de alta osmolaridad). BI. regula la respuesta a estrés osmótico, el factor de transcripción HSF induce genes en respuesta a estrés térmico y los factores Yap1p y Yap2p (proteínas) regulan la respuesta a estrés oxidativo, entre otros mecanismos tanto enzimáticos como no enzimáticos (FolchMallol et al., 2004). También, Moreno-Rivas (2016) describe que la S. cerevisiae responde al estrés con diversos mecanismos que actúan de manera concertada. Entre estas respuestas destaca la producción de chaperonas un tipo de “Proteínas de choque térmico” (HSP), que actúan para recuperar la homeostasis proteica, revirtiendo los cambios conformacionales inducidos por el estrés oxidativo. Así mismo, Medina (2010) investiga que, en condiciones específicas de estrés oxidativo, S. cerevisiae activa un programa de expresión génica controlado principalmente por los factores transcripcionales Yap1p, Skn7p, Msn2p y 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Msn4p. Estas proteínas que detectan el estrés también son responsables de generar la respuesta que genera cambios en la transcripción de genes o cambios a nivel de traducción de proteínas o afectar su estabilidad. La trehalosa es un disacárido formado por dos moléculas de D-glucosa, cuya estructura y propiedades fisicoquímicas le confieren gran estabilidad. Este carbohidrato se acumula en el citosol de las levaduras bajo condiciones de estrés abiótico debido a su efecto protector contra la desecación, altas temperaturas, congelación, alta salinidad y oxidación. Además, se han realizados estudios comparativos de producción de trehalosa en las levaduras no-. NT. convencionales Saccharomyces kluyveri, Candida shehatae y Candida guilliermondii,. -U. evaluando el efecto de dos temperaturas de crecimiento (28 y 34 ºC), donde se concluyó que Candida guillermondii produce la mayor cantidad de trehalosa en condiciones de. DO. estrés térmico (Gonzalez-Hernandez, et al., 2015). Sin embargo, Chamnipa et al. (2018) describen que las levaduras termotolerantes como Saccharomyces cerevisiae y Pichia. RA. kudriavzevii, pueden presentar tolerancia al estrés múltiple, como ácido, etanol, termo y. PO SG. tolerancia a la sal. Además, los aumentos de temperatura en el crecimiento generalmente conducen a la síntesis de HSP (Proteínas de choque térmico), que juegan un papel importante para conferir tolerancia cruzada térmica y de etanol en varios microorganismos.. DE. En el caso de la trehalosa y el glucógeno (carbohidratos de reserva) están implicados en la supervivencia de las células de levadura bajo diversas condiciones de estrés, tales como el. TE CA. calor, el etanol, el estrés osmótico y oxidativo. Varios investigadores como Bandara et al. (2009) han demostrado que existe una correlación entre los niveles de trehalosa intracelular y la capacidad de sobrevivir en diversos estreses ambientales (hambre, desecación,. BL IO. deshidratación, estrés osmótico y oxidativo). Además, en conjunto con el glucógeno desempeñan papeles clave como protectores de membrana, solutos compatibles y reserva. BI. carbohidratos que pueden movilizarse durante el estrés y también están involucrados en la homeostasis energética, que es esencial para soportar condiciones ambientales adversas y manteniendo la integridad celular. Sin embargo, en el año 2015 Petitjean et al, demostraron que la proteína trehalosa-6P sintasa (Tps1) era la clave para la supervivencia de la levadura en respuesta a la temperatura, oxidación y estrés por desecación, es esencial para mantener los niveles de ATP durante el choque térmico y que está dotado de una función reguladora en la homeostasis energética, que es esencial para resistir condiciones adversas y mantener la integridad celular.. La familia Saccharomycetaceae no presentan micelios, pero a veces puede presentar 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. seudomicelio poco desarrollado, las células vegetativas se reproducen por gemación y tienen formar elipsoidal, presentan ascos con pared celular delgada (Cepero, 2012). Saccharomyces cerevisiae, es una levadura que constituye el grupo de microorganismos eucariotas, heterótrofas y unicelulares; pueden aislarse fácilmente y se desarrollan a un pH óptimo entre 4 y 5; además tienen la ventaja de soportar medios muy ácidos tal como lo reportaron Suárez-Machin et al., (2016); este género presenta estados haploides y diploides en su ciclo de vida, es uno de los pocos hongos con alternancia de generaciones; crece a 25°C y su célula tiene forma globosas, ovoides o elongadas con tamaño de 3,0 – 8,0 μm.. NT. En medio de YM (extracto de levadura y malta) solido presenta colonias opacas, butirosas. -U. y de color ligeramente crema, con superficie lisa (Cepero, 2012); su pared celular representa entre 20 a 30 % de la célula en peso seco y está compuesta de polisacáridos. DO. complejos de β-glucanos, manoproteínas y quitina (Uscanga et al., 2005).. RA. La Familia Pichiaceae está representada por la levadura del género Pichia con células de. PO SG. forma esféricas, elipsoide o elongadas, tienen entre uno a cuatro ascosporas, la reproducción asexual se realiza por gemación multilateral y pueden formar pseudomicelio o micelio verdadero (Cepero de García, 2012); Pichia guilliermondii conocida también. DE. como Candida guilliermondii (cepas asporógenas) o Meyerozyma guilliermondii presenta un dimorfismo fúngico, que está definido como la habilidad que tienen ciertos hongos de. TE CA. alternar entre un crecimiento unicelular (levaduriforme) y otro multicelular (filamentoso), en respuesta a cambios del entorno inducidos por parámetros químicos y ambientales (Sibirny & Boretsky, 2009 y Kurtzman & Suzuki 2010); es una levadura ampliamente. BL IO. distribuida en el medio ambiente natural, es de fácil aislamiento a partir de frutas como de la uvas (Lopes et al., 2009) y bayas (Rosales-López, 2018); sus células tiene forma. BI. heterogéneos, en su mayoría es ovoide, color blanco y mide aprox. 0,2 a 10 μm ( Nsoe et al., 2018), presenta pseudomicelio y crece en un medio a temperatura entre 30ºC a 42ºC, son denominadas levaduras flavogénicas "capaces de sobresintetizar riboflavina” durante la inanición por hierro. También ha sido estudiada para identificar las propiedades de los sistemas de transporte activo de riboflavina en la célula (permeasa de riboflavina) y fuera de la célula (excretasa de riboflavina), (Sibirny et al., 2009).. Varios autores vienen investigando la remediación de cromo con levaduras del género Saccharomyces; se reporta a Chatterjee et al., (2009), investigaron la absorción y distribución de cromo en S. cerevisiae expuesto a compuestos orgánicos de Cr (III) 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. observando la acumulación de Cr total entre las paredes celulares de la levadura, resultado obtenido mediante espectroscopia de absorción atómica; Fedorovych et al., (2009), demostraron que la levadura S. cerevisiae puede reducir el cromato extracelularmente mediante la formación de al menos dos tipos de complejos estables bioquelados de Cr (III) y también investigaron el papel de algunos agentes extracelulares como el sulfato y la riboflavina en la desintoxicación de Cr (VI) en la levadura que biosintetiza flavina como P. guilliermondii; Wu et al., (2011) aplicaron biomasa fresca de S. cerevisiae por su bajo costo, encontró que la biosorción máxima se produce a pH 1.0 con una capacidad de. NT. biosorción de 3,89 mg / g en solución con una concentración inicial de Cr (VI) de 50 mg /. -U. L a 35°C; Dimas et al., (2013) describieron la interacción de Cr (III) en el proceso de biosorción con levadura de pan (S. cerevisiae) demostrando una mayor capacidad de. DO. remoción; De Rossi et al., (2018) evaluaron las variables que afectan la biosorción de Cr (VI), utilizando levaduras de S. cerevisiae liofilizadas sometidas a tratamientos químicos y. PO SG. RA. térmicos, teniendo como resultado una remoción de 99,66%.de cromo.. En relación a la levadura P. guilliermondii, se han reportado los siguientes caso como Kaszycki et al., (2004), trabajaron con P. guilliermondii sostiene que la tolerancia y el. DE. potencial de acumulación de Cr (III) y Cr (VI) depende del tiempo de tratamiento, la concentración de metal, la densidad de biomasa y la fase de crecimiento; Ksheminska et. TE CA. al., (2003), reportaron que la mayoría de cepas de levaduras nativas son más tolerantes al cromo y capaces de crecer en presencia de Cr (III) a 5 mM o Cr (VI) a 0,5 mM; en el año 2005 Ksheminska et al., describieron que tanto levaduras como hongos filamentosos son. BL IO. capaces de acumular concentraciones elevadas de cromo en la biomasa; como ejemplo, indica que la levadura P. guilliermondii puede acumular alrededor de 13,0 mg de Cr/g de. BI. biomasa más que las hongos filamentosos; Sin embargo, Ksheminska et al., (2008), sostienen que existe una alta sensibilidad de la levadura P. guilliermondii ATCC 201911 (L2) a Cr (VI) y Cr (III), demostrando que tiene una resistencia mucho mayor a Cr (III), en comparación con Cr (VI); Orbegozo et al., (2008) analizaron la presencia de levaduras en aguas ácidas de minas, entre ellos hongos y protistas; y sostiene que P. guilliermondii, presentan una alta resistencia a metales pesados; además, Fernández et al., (2012) estudiaron la resistencia de cepas indígenas de P. jadinii M9 y P. anomala M10, a altas concentraciones de Cr (VI) hasta 104 μg/ mL sosteniendo que el crecimiento y la reducción de Cr (VI) dependían de la temperatura de incubación, agitación, concentración de cromo y pH, además la enzima cromato reductasa juega un papel muy importante en la 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. reducción de Cr (VI).. Un Consorcio microbiano es una asociación natural de dos o más poblaciones microbianas, de diferentes especies, que actúan conjuntamente como una comunidad en un sistema complejo, donde todos se benefician de las actividades de los demás. La asociación refleja estilos de vida sinérgicos o sintróficos (que significa “comiendo juntos, propias de las bacterias anaeróbicas”) en el que el crecimiento y el flujo cíclico de nutrientes se conduce. NT. más efectiva y eficientemente que en poblaciones individuales (Gordillo, 2018).. -U. Un consorcio microbiano puede desempeñar funciones complicadas que poblaciones individuales no podrían; además, la vida en asociación puede generar mayor resistencia a. DO. las fluctuaciones del ambiente y promover la estabilidad de los miembros, en el tiempo. Estos rasgos distintivos dependen de dos características. Primero, los miembros de un. RA. consorcio se comunican el uno con el otro. Ya sea por el intercambio de sustancias o por. PO SG. señales moleculares, cada población detecta y responde a la presencia de otras dentro del consorcio, ejerciendo sobre ellas un control positivo o negativo en su crecimiento y/o metabolismo. La producción total de un consorcio depende de la combinación de tareas. DE. desempeñadas por los constituyentes individuales, es decir, por las poblaciones microbianas involucradas. Otra característica importante de los consorcios es su habilidad. TE CA. para desempeñar funciones que requieren múltiples pasos. Tales tareas son posibles cuando los diferentes pasos se complementan, mediante especies microbianas especializadas. BI. BL IO. (Brener, You & Arnold, 2008).. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) DO. -U. NT. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Figura 3. Procesamiento de reacciones complejas por (a) una sola población o (b) a. RA. consorcio microbiano.. PO SG. Fuente: Brenner et al, 2008. Los consorcios microbianos pueden resistir mejor los periodos de limitación de nutrientes. DE. debido a la diversidad metabólica disponible por la diversidad de especies, combinada con la habilidad de comunicarse intercambiando metabolitos o señales que les permite. TE CA. coordinar sus actividades dentro de la comunidad (Ben & Or, 2017). Una población minoritaria puede llegar a ser la más activa en un periodo de limitación de nutrientes si tiene la habilidad metabólica capaz de sostener la supervivencia de todo el consorcio. Tal. BL IO. es el caso que un consorcio puede contener especies minoritarias las cuales han sido retenidas por selección natural para responder a tal situación. Este tipo de asociación. BI. microbiológica en situaciones de niveles muy bajos de algún nutriente o recurso, no pueden disponer de las cantidades adecuadas para su metabolismo; y, ante niveles muy altos, esos nutrientes y/o recursos pueden causar toxicidad e inhibir el crecimiento. Ante tales fluctuaciones, los consorcios activan sus controles homeostáticos, es decir, reacciones bioquímicas que le permiten al sistema retornar a su equilibrio vital (Carreño y Restrepo, 2010).. Estos sistemas microbianos también se han caracterizado en función del uso de los recursos. Muchas especies, comúnmente, se encuentran juntas porque tienen los mismos requerimientos ambientales y comparten elementos de su nicho, o porque dependen de la 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. presencia de un factor común para su estrategia de vida. Sin embargo, bajo condiciones extremas y para asegurar su supervivencia, pueden desarrollar estrategias como la Adaptación y la Mutación (Morris & Blackwood, 2007).. El uso de consorcios microbianos para degradar contaminantes es una tendencia actual para fines de la biorremediaciòn por su alta eficiencia en la degradación (Macchi, 2018; Centeno et al., 2019). El tratamiento biológico de aguas contaminadas, aplicando consorcios microbianos autóctonos, aprovecha las potencialidades metabólicas de grupos. NT. de microorganismos distintos para degradar y/o remover una amplia variedad de. -U. compuestos (Díaz et al., 2018). Se han realizado estudios aplicando consorcios microbianos como lo mencionado por Bhattacharya et al., (2015) quien utilizo un. DO. consorcio de cuatro cepas bacterianas en los efluentes de curtiembre a un pH 4,6, logrando eliminar el 78% de Cr (VI), a las 96 horas de tratamiento. En general se puede inferir que. PO SG. curtiembre y otros efluentes industriales.. RA. el consorcio bacteriano podría ser utilizado efectivamente para el tratamiento Cr en la. La necesidad de aplicar nuevas biotecnologías acorde a las necesidades actuales de inhibir. DE. contaminación al medio ambiente a permito investigar nuevos métodos para remediar la contaminación de los efluentes de las industrias curtidoras, siendo estas empresas las que. TE CA. más contaminan con Cr el ambiente, no solo es un problema local sino mundial por lo cual se viene investigando la aplicación de biosorbentes como levaduras unicelulares comportándose como consorcio donde la sinergia de ambos microorganismos será capaz. BL IO. de remover estos metales disminuyendo el impacto al medio ambiente y la salud de las. BI. personas que los manipulan.. Por tal motivo la presente investigación tiene como objetivo general: Evaluar la influencia del consorcio microbiano (Saccharomyces cerevisiae y Pichia guilliermondii) en la biosorción de cromo total de la etapa de curtido de la curtiembre Inversiones Harod SAC. Además, los objetivos específicos fueron: . Aislamiento e identificación de las características fenotípicas a nivel de colonia y célula de las levaduras género Saccharomyces y Pichia.. . Identificar de las levaduras S. cerevisiae y P. guilliermondii extraídas de residuos orgánicos del jugo de caña de azúcar y de uva mediante prueba bioquímica. 17. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. . Realizar ensayos de tolerancia de las levaduras en concentraciones de 50 y 100 ppm de Cr total.. . Evaluar la capacidad de remoción del Cr total de cada levadura y el consorcio microbiano.. Después de analizar la realidad problemática de nuestro estudio se determinó la problemática de la siguiente manera: ¿Cómo influye el consorcio microbiano en la. -U. Luego se describió la hipótesis de la siguiente manera:. NT. biosorción de cromo total de la etapa de curtido de la curtiembre Inversiones Harod SAC?. DO. H0: El consorcio microbiano de levaduras influye en la capacidad de remoción del cromo total en concentraciones de 50 y 100 ppm. RA. H1: El consorcio microbiano de levaduras no influye en la capacidad de remoción del Cr. BI. BL IO. TE CA. DE. PO SG. total en las dos concentraciones de 50 y 100 ppm.. 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.