Materiales orgánicos vivos

Las bacterias son los microorganismos más abundantes y versátiles y constituyen una porción significativa de toda una biomasa terrestre, tienen una morfología simple, las bacterias están presentes en tres formas básicas: esférica u ovoide (coco), varilla (bacilo, con forma cilíndrica) y espiral (k), aunque hay una gran variedad de formas debido a las diferencias en la genética (Ibrahim & Tarek, 2016).

Una bacteria tiene una morfología relativamente simple que consiste en la pared celular, la membrana celular, la cápsula y las estructuras internas mitocondrias, aparato de Golgi, ribosomas, retículo endoplásmico. La capa de material extracelular contiene grupos funcionales como: carboxilo, amino, fosfato. La pared celular bacteriana está cargada negativamente en condiciones de pH ácido y los grupos funcionales químicos de la pared celular muestran una alta afinidad para los iones metálicos en la solución, en general es responsable de los sitios de unión de la superficie y la fuerza de unión para diferentes iones metálicos dependiendo de diferentes mecanismos de unión (Vieira & Volesky, 2000). Varias especies de bacterias, por ejemplo, Bacillus, Pseudomonas, Escherichia exhiben la propiedad de la bioadsorción debido a su pequeño tamaño, su capacidad para crecer en condiciones controladas, y su resistencia contra una amplia gama de condiciones ambientales capacidad para crecer en diferentes condiciones ambientales (Shamim, 2018).

Diversos estudios indican el buen nivel de adsorción que realizan las bacterias.

(Kinoshita, y otros, 2013) en su investigación trabajo con ciento tres cepas de bacterias donde indica que mostraron una bioadsorción de Cd (II), aunque la capacidad de bioadsorción de cada una era diferente, sugiere que todas las bacterias tienen potencial para la biosorción de metales pesados, aunque hay una diferencia en sus capacidades la biosorción del Cd (II) tendió a ser alta en el pH neutro.

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b) Algas

Las algas se consideran uno de los tipos de biosorbentes más prometedores que despiertan interés en la búsqueda y el desarrollo de nuevos materiales biosorbentes debido a que tienen una gran capacidad de absorción y se encuentran fácilmente disponibles en grandes cantidades en los cuerpos de agua (Ibrahim & Tarek, 2016).

Las algas tienen bajos requerimientos de nutrientes, al ser autotróficas, producen una gran biomasa, y a diferencia de otras biomasas y microbios, como las bacterias y los hongos. Generalmente no producen sustancias tóxicas. En general se encuentran tres grupos de algas:

• Micro alga: Las algas verdes o de agua dulce

• Macro algas: Las algas marrones o algas marinas

• Algas rojas

Dentro del estudio de (Park, y otros, 2019) indica que las algas marrones presentan optima capacidad de adsorción de litio y magnesio ya que se identificaron en la membrana lipídica del plasma a los grupos carboxílico y fosfonatos como los principales grupos funcionales.

Según el estudio de (Ali, Asim, & Khan, 2012) señalan que las algas pardas tienen importantes propiedades de intercambio iónico asociadas a su contenido de polisacáridos. Aunque las algas marinas han demostrado una capacidad de absorción extremadamente alta se observó que la biomasa tenía una tendencia a desintegrarse e hincharse. Los autores informaron de la eliminación de la causa de remoción del 71-78%.

(Rathinam, Rao, & Nair, 2011) estudiaron la biomasa de algas marinas marrones como para la generación de carbón activado, este fue caracterizado y utilizado como un adsorbente para la eliminación del fenol de la solución acuosa. Se llevaron a cabo veintitrés experimentos con el diseño factorial en dos conjuntos independientes definidos. La máxima captación (98,31%) de fenol se encontró bajo estas condiciones experimentales pH 3.0 a 50°C y 10 𝑔/𝐿.

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c) Hongos

Los hongos son organismos vivos eucariotas que incluyen levaduras, mohos, etc.

La estructura de la pared celular de los hongos ofrece buenas propiedades de unión de metales. Los hongos, tanto vivos como muertos, pueden ser usados como material biosorbente. La adsorción de metal por los hongos implica dos procesos:

adsorción activa o intracelular, que depende del metabolismo celular y la adsorción pasiva, que implica la unión de los iones metálicos a la superficie de la pared celular y es independiente del metabolismo celular (Shamim, 2018).

Sin embargo, hasta la fecha el enfoque más prometedor para la eliminación de metales por los hongos es la biosorción, la biomasa fúngica puede cultivarse de manera barata y fácil o adquirirse en cantidades bastante considerables como subproducto de procesos de fermentación industrial establecidos. Se cree que la pared celular fúngica tiene dos componentes principales: microfibras de armazón esquelético entrelazadas, generalmente de quitina, incrustadas en una capa amorfa de proteínas y diversos polisacáridos (Kyzas & Matisb, 2020).

Los hongos filamentosos se utilizan en las industrias de la fermentación para producir metabolitos variados como enzimas, saborizantes y antibióticos. Estos subproductos industriales son capaces de quelar varios metales pesados.

Los principales grupos químicos de la biomasa que pueden participar en la bioadsorción son grupos electronegativos como los grupos hidroxilo o sulfhidrilo, grupos aniónicos como grupos carboxilo o fosfato, y grupos que contienen nitrógeno como los grupos amino (Kyzas & Matisb, 2020).

d) Levaduras

Las levaduras son organismos famosos en el estudio de la bioadsorción, Saccharomyces cerevisiae es una levadura muy conocida que se considera un sistema modelo para estudiar la bioadsorción. Se trabaja con levaduras ya que son fáciles de cultivar, no son patógenas y dan un alto rendimiento de biomasa utilizando un medio de crecimiento simple, la disponibilidad de información completa sobre su genoma hace que su ingeniería genética sea un trabajo fácil y practico (Shamim, 2018).

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Además, el gran tamaño de la levadura hace son candidatos prometedores para la biorremediación de metales. Saccharomyces cerevisiae es una amplia estudió la cepa de levadura. (Goksungur, Uren, & Guvenc, 2005) estudiaron la bioadsorción de los iones de cadmio y plomo de soluciones acuosas artificiales utilizando la biomasa de levadura de panadería donde encontraron que la concentración de metales pesados y el pH de la solución afectaban la capacidad de bioadsorción de la biomasa de levadura, el trabajo de investigacion menciona que el uso de la biomasa de residuos disponibles de S. cerevisiae en fermentación ofrece una alternativa en la eliminación de los metales de las aguas residuales industriales.

1.2.6.2. Materiales orgánicos no vivos