Valorización de residuos sólidos orgánicos como sustrato para el crecimiento de Bacillus Thuringiensis mediante fermentación en estado sólido: aplicación a la fracción orgánica de residuos municipales para la producción de compost con efecto biopesticida

Abstract

Ante la creciente producción de residuos a todos los niveles se ha investigado la posible utilización de estos como materia prima. Esta investigación persigue la valorización de residuos sólidos orgánicos como sustrato para el crecimiento de Bacillus thuringiensis utilizando la Fermentación en Estado Sólido (FES). El Bacillus thuringiensis es una bacteria empleada como agente de control biológico para el control selectivo de insectos plaga. El objetivo principal del trabajo ha sido determinar la factibilidad de utilizar residuos orgánicos sin pre-tratamiento previo a una escala piloto. Se trabajó en 4 fases principales: en la primera fase se utilizó el residuo de soja a escala laboratorio y en reactores de 10 L mediante la FES; en la segunda fase se utilizó la Fracción Orgánica de Residuos Municipales de la recogida selectiva (FORM) esterilizado y sin esterilizar, mediante la fermentación sumergida (FmS); en la tercera fase también se utilizó la FORM esterilizada y sin esterilizar mediante diferentes estrategias en fermentación en estado sólido (FES); y en la última fase se utilizaron residuos de fruta y verduras (asimilable a residuos de cocina) a escala real (400 L), en compostador casero. Además en la última fase se evaluó la toxicidad del compost para su utilización como enmienda orgánica en el suelo. Se he determinado la viabilidad del crecimiento en condiciones estériles a temperatura constante de 30°C y en FES del Bt, tanto en resid uo de soja como en FORM. Se ha demostrado la supervivencia del Bt en residuo de soja en FES a temperatura no controlada a escala de 4.5L y 10 L manteniéndose constante la población aún a temperaturas por encima de los 60°C. Por lo que a l a FORM se refiere, se han optimizado las condiciones de proceso hasta conseguir escalar a reactores de 10 L en producto de la FES higienizado donde el Bt creció en una estrategia de operación que permite desarrollar el proceso en semicontínuo. Aplicado a compostador doméstico, se consigue un producto final conteniendo Bt sin efectos tóxicos para el suelo. Además esta investigación da apertura al estudio y desarrollo de un compost con propiedades biopesticidas. Este es el primer trabajo desarrollado en este campo dentro del grupo de compostaje de la UAB y tendrá continuidad en el marco del proyecto europeo DECISIVE (H2020).

Given the growing generation of solid residues, several attempts have been made to exploit these residues as raw material for diverse applications. This study focuses on the valorization of solid organic residues of different characteristics as substrate for the growing of the strain Bacillus thuringiensis (Bt) through the solid state fermentation (SSF) process. Bt is a bacteria employed as biological pest control for the selective control of some insects. The aim of the study is the assessment of diverse process strategies in order to identify the feasibility of growing for the Bt at 0.5L, 4.5L, 10L and 400L with and without sterilization of the residues. Four main stages have been evaluated: First, using soy fiber residues at 0.5 and 10L scale. Second, by means of the organic fraction of municipal solid waste (OFMSW) through submerged fermentation (SmF). Third, working with different strategies the OFMSW through SSF, and finally, with the organic fraction of kitchen residues (KR) in a home composting system (400L), testing additionally, the toxicity of the final compost. It was found that Bt is able to grow properly when soy fiber residues and OFMSW were sterilized, working the SSF at constant temperature (30°C). Similarly, at non controlled temperature processes (4.5L and 10L), Bt survived even when temperatures reached values beyond 60°C, remaining the Bt concentration in a similar level than the initial one. Regarding OFMSW, SSF process has been optimized in a 10L scale. In this scenario a semi-continuous strategy allows Bt to grow in the solid medium, reaching a final hygienic compost material with a Bt load that gives the material biopesticide properties. In the case of the home composting system, the final product also contains a significant Bt population remaining a non-toxic material for the soil. It is remarkable that Bt has grown in solid medium, and there is no need for sterilization of the residues for achieving good results. Considering this, presented strategies are a first approach to obtain compost with biopesticides properties. This is the first project in this area, developed by the UAB composting research group. It will be further and deeply investigated in the framework of the European project DECISIVE (H2020).