Biotransformación y bioenrequecimiento de residuos celulósicos para uso agrícola

Biotransformación y bioenrequecimiento de

residuos celulósicos para uso agrícola

3ª Conferencia y Exhibición RedAgricola

Chile 2016

Aura Marina Pedroza Rodríguez

Pontificia Universidad Javeriana.

Entidades y grupos participantes

• Colciencias

• Refocosta S.A.S

• Pontificia Universidad Javeriana.

• Grupo UNIDIA

• Grupo GBAI

• GABio

Colaboradores:

Shirley Rojas Higuera. Lucia Ana Díaz-Ariza.  Balkys Quevedo-Hidalgo. Viviana Gutiérrez Rodrigo Ortega Blu

Guido Gasca, Mónica Sarmiento y Javier Medina Tania Andrea Morris. Laura Muñoz

Juan Camilo Duque. Laura Carvajal Laura Mancipe

Andina Cundinamarca Huila Santander Tolima Pacifica Cauca Nariño Eje Cafetero Antioquia Caldas Quindio Caribe Atlántico Bolívar Cesar Córdoba Corporinoquia Boyacá Casanare Meta Vichada

Tipos de arboles maderables

Industria Forestal

229,950 Ha 1995 - 2015

Principales arboles cultivados

Especies Nombre

científico Área (Ha)

Eucalipto Eucaliptus sp. 27122,79

Pino Pinus sp. 80279,27

Roble Tabebuia roseae 3988,3

Propagación de material vegetal en viveros

Plántulas

Clasificación y fertilización

Propagación Pino por 45 días

Siembra en plantación

Alistamiento de suelo

Clasificación y transporte

Cultivo hasta obtener arboles aptos para corte

Obtención de madera aserrada

Fuste Descortezado Aserrado

Subproductos

5 Toneladas al año de materia seca de residuos forestales

Trozas Aserrado Despuntado Recantado Cepillado

Etapa Madera utilizable Residuos

Trozas 100%

Aserrado 49% 51%

Recantado 37% 12%

Despuntado 33% 4%

Otros subproductos potencialmente aprovechables

Aserrín Corteza

Que se hace con los subproductos

Sistemas de transformación artesanales por 3-5 meses

Monitoreo parcial

No tiene condiciones de operación estándar

Calidad nutricional variable Posible presencia de fitopatógenos

Cual es la alternativa?

Producción limpia y efecto sobre la huella de carbono

Los subproductos se transforman y reutilizan

Re incorporación cadena productiva

Biotransformar los subproductos Bajo condiciones controladas Uso de microorganismos benéficos

Producción y uso del complejo

ligninasas/celulasas/hemicelulasas como

alternativa sostenible de manejo

Composicion de los residuos lignocelulosicos

A. cumarilíco A. coniferílico A. sinapílico

Bio inoculante fúngico I: HPB

Hongos ligninolìticos _{Morfología Enzimas}

Pleurotus ostreatus 3600 U/L lacasa 2800 U/L MnP 568 U/L LiP Phanerochaete chrysosporium 346 U/L MnP 2356 U/L LiP 234 U/L Xilanasas Trametes versicolor 2893 U/L lacasa 1783 U/L MnP 498 U/L LiP 487 U/L endoxilanasa Ganoderma lucidum 2780 U/L lacasa 1245 U/L MnP 345 U/L LiP 1791 U/L Englucanasa Actividad celulítica Actividad Lacasa

Bio inoculante II: Bacterias hemicelulolíticas

Parámetros Valor UFC/g 23x1015 Actividad Endoglucanasa 292 Celobiohidrolasa U/L 156 1-4-β-glucosidasa U/L 150 Endoxilanasa U/L 197 pH 6.3 Cepas 3 y 4 Bacilos Gram negativos

Thermus sp.

Cepa 6

Baclios Gram positivo

Bacillus sp.

Cepa 9

Streptomyces sp.

Sustratos disponibles

Corteza de madera, corteza verde, aserrín fresco y viruta

Parámetro (%) Corteza de

Pino

Aserrín fresco de Pino

Corteza con madera de Pino COT 51,2 47,8 49,0 NT 0,47 0,31 0,42 C/N 110 156 116 Lignina 57,1 31,1 43,3 Celulosa 29,5 54,4 43,7 Hemicelulosa 4,96 11,7 9,34 pH 3,6 4,40 4,56 Humedad (%) 18,6 44,1 26,7

Producción de bio inoculantes

Composición mínima garantizada y pruebas microcosmos

Parámetro Bioinoculante I Bioinoculante II Viabilidad (ufc/mL) 23x109 _57x1015

Actividad lacasa 4500 U/L ND

Actividad MnP 2345 U/L ND

Actividad LiP 1986 U/L 1324 U/L

Endoglucanasa 3495 U/L 3871 U/L

Celobiohidrolasa 1398 U/L 2876 U/L

1-4-β-glucosidasa 1965 U/L 2653 U/L

Endoxilanasa 2987 U/L 1134 U/L Preparación del subproducto

Adición de nutrientes

Inoculación con mezclas de hongos y bacterias Curva de biotransformación. A. Producción de CO₂ (mg/g). B. Relación C/N. C. Fósforo

disponible (ppm). D. Actividad enzimática lacasa y MnP (U/g). E. Actividad enzimática endoglucanasa (U/g) y azúcares reductores (g/L).

Evaluación de la tecnología en el sector

forestal apoyados por emprendimientos de

Caracterización inicial de corteza de Pino

Parámetro Inicial pH 4,93 Conductividad Eléctrica (dS/m) 0,05 % de Saturación 2,38 ELEMENTOS Potasio (K+_{) 1,5 ppm} Calcio (Ca₂+_{) 2,3 ppm} Magnesio (Mg₂+_{) 0,35 ppm} Sodio (Na+_{) 2} Amonios (N-NH₄+_{)* 2,4} Aluminio (Al₃+_{) 0,22} SUMA CATIONES Bicarbonatos (HCO₃-_{) 2,5} Cloruros (Cl-_{) 1,8} Fosfatos (P-H₂PO₄-_{)* 6} Sulfatos (S-SO₄=_{)* 3,1} Nitratos (N-NO₃-_{)* 0,18} SUMA ANIONES Boro (B) 0,21 Hierro (pH Real) 0,4 Hierro (pH 2.0) 0,5 Manganeso (Mn) 0,05 Cobre (Cu) 0,03 Zinc (Zn) 0,02 Parámetro (%) Corteza de Pino COT 51,2 NT 0,47 C/N 110 Lignina 57,1 Celulosa 29,5 Hemicelulosa 4,96 pH 3,6 Humedad (%) 18,6 Asp ecto ini cia l de la corte za

Alistamiento de material

Zona de transformación

Despeje nivelación de la zona abierta Villanueva Casanare

Dosificación de nutrientes y bio inoculantes

Adición y dilución con agua de urea 2200 L Dosificación de bio inoculantes

10 litros Hongos (10x107 _UFC/mL)

Volteos e inoculación

Monitoreo, humectación y volteos

Evidencia de la bio transformación

Colonización con hifas de hongos Estereoscopio

Micelio fúngico

Bacterias

Microscopia electrónica de barrio 5000 x

Evidencia de la bio transformación

Parámetros Inicial Final T2 Humedad (%) 60± 3,46 59± 3,4 pH 4,9± 1,1 6,8± 0,9 Relación C/N 52 ± 2,16 33,67 ± 1,1 Lignina (%) 57,5 ± 0,53 32,3 ± 0,2 Celulosa 37,83 ± 2,76 15,97 ± 5,1 Hemicelelulosa 5,56 ± 0,53 2,31 ± 0,2 Bacterias Celulolíticas 6,0± 3,46 6,5± 3,4

Hongos ligninoliticos <10 ufc/g 2,4± 0,4

Caracterización final

Parámetros Inicial Pos tratamiento PUJ Control Refocosta Conductividad Eléctrica (dS/m) 0,05 0,31 0,19 ELEMENTOS Potasio (K+_{) 1,5 2,9 1,1} Calcio (Ca₂+_{) 2,3 5,5 2,8} Magnesio (Mg₂+_{) 0,35 0,95 0,5} Sodio (Na+_{) 2 2,5 1,5} Amonios (N-NH₄+₎ 2,4 37 24 SUMA CATIONES Bicarbonatos (HCO₃-₎ 2,5 95 82 Cloruros (Cl-_{) 1,8 13 7} Fosfatos (P-H₂PO₄-_)* 6 14 7,6 Sulfatos (S-SO₄=_{)* 3,1 2,6 2,1} Nitratos (N-NO₃-_{)* 0,18 7,6 2,4} SUMA ANIONES Boro (B) 0,21 2,6 0,64 Hierro (pH Real) 0,4 7,5 0,8 Manganeso (Mn) 0,05 0,11 0,12 Cobre (Cu) 0,03 0,06 0,06 2929 Inicial 66 días

Desinfestación fotolítica de alta energía

Estructura ligera Laminas

Paredes Board Heter board

Instalación sistema eléctrico lámpara UV 15 W

Preparación de material a desinfestar

Co inculcación con microrganismos promotores

Código Banco Identificación Actividad Biológica Planta Zona

TgLGBR297 Enterobacter sp. Productora de derivados indólicos Tectona grandis Raíz GaYaR3308 Stenotrophomonas

maltophilia Solubilizadora de fósforo Guadua angustifolia Raíz

GaVx3R048 Klebsiella sp. Fijadora de nitrógeno Guadua angustifolia Raíz TgLGBER248 Enterobacter sp. Productora de sideróforos Tectona grandis Raíz

Esquema de fertilización química

Aplicación % Fertilización DAP (g/L) SULPOMAG G (g/L) NUTRASUELO (g/L) 30 días después de la siembra 100 1 1 0,25 75 0,75 0,75 0,1875 60 días después de la siembra 100 _{2 2 0,5} 75 1,5 1,5 0,375 Composición elemental N Total: 18% P₂O₅: 46%

Potasio soluble (K₂O); 22%

Magnesio (MgO) 18% Azufre (S) 21.5% Cloruro máximo (Cl): 2,5%

Potasio soluble (K₂O): 3% Calcio (CaO): 14% Magnesio (MgO): 2% Azufre total (S): 2% Boro (B): 0,2% Cobre (Cu): 0,3% Hierro (Fe): 0,5% Manganeso (Mn): 0,8% Molibdeno (Mo): 0,04% Zinc (Zn): 0,65%

Diseño de bloques completamente al azar

• Bacterias promotoras

• Hongos de micorriza

En investigación..

Mezcla de corteza y aserrín

Optimizar transformación

Piloto para desinfestacion/aglutinación Adición de microorganismos/fertilizantes

Ensayo de vivero para Pino Eucaplito

Línea piloto de producción

36 36

Zonas de fotolisis y foto Fenton

Gracias