VALORACIÓN Y CRECIMIENTO DE HONGOS COMESTIBLES NUTRACÉUTICOS Y NUTRICÉUTICOS EN SUSTRATOS AGROINDUSTRIALES DEL VALLE DEL CAUCA

JULIO CÉSAR WILCHES RODRÍGUEZ

UNIVERSIDAD DE MANIZALES MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE CENTRO DE INVESTIGACIONES EN MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLOCIMAD MANIZALES 2014

VALORACIÓN Y CRECIMIENTO DE HONGOS COMESTIBLES NUTRACÉUTICOS Y NUTRICÉUTICOS EN SUSTRATOS AGROINDUSTRIALES DEL VALLE DEL CAUCA

JULIO CÉSAR WILCHES RODRÍGUEZ

TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE MAGISTER EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE

ASESOR: JULIO CÉSAR MONTOYA VILLEGAS MSC. BIOQUÍMICA, PHD EN CIENCIAS BIOMÉDICAS

UNIVERSIDAD DE MANIZALES MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE CENTRO DE INVESTIGACIONES EN MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLOCIMAD MANIZALES 2014

Dedico este trabajo a: Dios por ser la luz de esperanza que me guía en mi vida A mi esposa por su tolerancia, paciencia y apoyo A mis hijas por su amor y comprensión.

AGRADECIMIENTOS

Le agradezco a Dios por darme la fuerza y la luz de esperanza en los momentos difíciles de este proceso de formación y adquisición de nuevos conocimientos. A mi familia por los momentos que pasaron sin mi compañía y comprender que este logro es de todos.

De igual manera, reconozco de todo corazón el apoyo incondicional de Julio César Molina Bastidas coordinador de la línea de investigación y jefe del Departamento de Ciencias Ambientales de la Universidad Autónoma de Occidente, su tiempo y conocimientos. A mi asesor el Dr. Julio César Montoya Villegas por sus consejos, sugerencias, planificación y gestión. Agradezco también, a los estudiantes del semillero que aportaron con sus investigaciones.

A la Dr. en estadística Marisol gordillo Suarez por su tiempo, consejos y orientación en el diseño experimental.

Al Dr. José Joaquín Vivas por su tiempo y consejos y recordarme lo valioso de mi esfuerzo-

Agradezco a la Universidad de Manizales por la formación académica que me permitió optar a este título.

GLOSARIO

Alcalino.- Nombre dado a los productos básicos.

Análisis térmico.- un conjunto de técnicas analíticas que estudian el comportamiento térmico de los materiales.

Antibiótico.- literalmente destructor de la vida. Término que comprende todas las sustancias antimicrobianas independientemente de su origen, ya sean derivadas de microorganismos (bacterias, hongos) de productos químicos sintéticos o de ingeniería genética.

Anticuerpo.- sustancia defensora (proteína) sintetizada por el sistema inmunológico como respuesta a la presencia de una proteína extraña (antígeno) que el anticuerpo neutraliza.

Basidiocarpo.- Cuerpo fructífero del hongo con basidios.

Basidiomicetos.-se aplica al hongo que se reproduce por basidios.

Bioconversión.-uso de organismos vivos a menudo microorganismos para llevar a cabo una reacción química que es más costoso o no viable químicamente.

Biodegradable.- Sustancia que puede descomponerse a través de procesos biológicos realizados por acción de la digestión efectuada por microorganismos aerobios y anaerobios. La biodegrabilidad de los materiales depende de su estructura física y química.

Biotecnología.- toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos en usos específicos.

Cepa.- en microbiología, conjunto de virus, bacterias u hongos que tienen el mismo patrimonio genético.

Cultivo.-actividad dedicada a cultivar hongos en un medio controlado, para producir alimentos, medicinas y otros productos.

Enzima.- catalizador biológico, normalmente una proteína, que mediatiza y promueve un proceso químico sin ser ella misma alterada o destruida. Son catalizadores extremadamente eficientes y muy específicamente vinculados a reacciones particulares.

Especie.- Término taxonómico natural para indicar la posición comprendida entre el género y la variedad. Tiene características propias o específicas.

Espora.- Unidad de germinación de los hongos, semejante en la función de las semillas en las plantas superiores.

Estípite.- Es la parte del hongo que sostiene el sombrero o píleo.

Familia.- Posición artificial para indicar su situación entre el orden y el género. Término taxonómico que agrupa a todos aquellos géneros que contengan características comunes entre ellos.

Género.- Unidad de la clasificación sistemática. Compuesto por especies. Término taxonómico artificial para indicar la posición taxonómica entre la familia y la especie Hifa.- Filamento microscópico que constituye el la carne de los hongos.

Humus.- Mantillo compuesto por restos vegetales, y en menor cantidad de animales, que se origina en virtud de procesos biológicos naturales de descomposición.

Lámina.- Elemento fértil situado desde el margen del sombrero hasta el pie en el himenio.

Micelio.- Es la parte vegetativa del hongo, que sostiene los carpóforos cuando llega el momento de su madurez. Este micelio suele pasar desapercibido, ya que está constituido por filamentos muy finos dispersos entre la tierra o en el soporte del hongo.

Microorganismo.- organismos microscópicos pertenecientes por regla general a virus, bacterias, algas, hongos o protozoos.

Nutricéuticos.-

productos

que

poseen

atributos

tanto

medicinales

como

nutricionales.

Organismo.- entidad biológica capaz de reproducirse o de transferir material genético, incluyéndose dentro de este concepto a las entidades microbiológicas, sean o no celulares. Casi todo organismo está formado por células, que pueden agruparse en órganos, y éstos a su vez en sistemas, cada uno de los cuales realizan funciones específicas.

Píleo.- Sombrero.

Saprófito.- Que habita sobre madera o restos vegetales muertos, alimentándose de éstos y transformándolos en podredumbre de materia orgánica. Subgénero.- Posición taxonómica artificial entre género y especie.

CONTENIDO

RESUMEN

17

1.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

21

2.

JUSTIFICACIÓN

25

3.

MARCO TEÓRICO

28

3.1.

ANTECEDENTE DE LOS HONGOS COMESTIBLES

28

3.2.

ARROZ

62

3.3.

ALGODÓN-GOSSYPIUM

68

3.4.

CEDRO - ASERRÍN

70

3.5.

TERMOGRAVIMETRÍA (TG)

71

3.5.1.

Definición

71

3.5.2.

Presentación de resultados

73

3.6. 3.6.1.

4. 4.1.

TERMOGRAVIMETRÍA EN TÉCNICAS SIMULTÁNEAS

74

Termogravimetría-Espectrometría de masas TG-MS.

75

OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS

76 76

5.

METODOLOGÍA

5.1.

PREPARACIÓN DE MEDIOS DE CULTIVO

77 78

5.1.1.

Método De Preparación Del Pda (Papa Dextrosa Agar)

78

5.1.2.

Extracto Malta Agar, EMA

80

5.1.3.

Esterilización en Autoclave

81

5.2.

METODOLOGÍA DE INOCULACIÓN EN EL MEDIO DE CULTIVO

5.2.1.

Método de Inoculación In Vitro

82 82

5.3.

PRODUCCIÓN DEL INÓCULO

5.4.

CULTIVO DE LENTINULA EDODES SHIITAKE Y PLEUROTUS SPP. EN

BOLSAS

83

87

5.4.1.

Preparación De Los Sustratos Y Condiciones De Fructificación

88

5.4.2.

Extracción de Extractos

90

5.4.3.

Obtención del extracto

91

5.5.

ANÁLISIS TERMOGRAVIMÉTRICO

93

5.6.

DISEÑO DEL EXPERIMENTO

94

5.6.1.

Procedimiento Experimental

94

5.6.2.

Métodos Estadísticos Para El Análisis

96

5.6.3.

Análisis De Varianza Para El Experimento Factorial

99

6.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

100

6.1.

VARIABLE EFICIENCIA BIOLÓGICA (EB)

102

6.2.

VARIABLE LONGITUD

108

6.3.

RESULTADOS VARIABLE DIÁMETRO

6.4.

ANÁLISIS RENDIMIENTO PROMEDIO DEL HONGO PLEUROTUS

PULMONARIUS, OSTREATUS Y LENTINULA EDODES 6.5.

110

114

RESULTADOS EN EL CULTIVO DE PLEUROTUS SPP. Y LENTINULA

EDODES

118

6.6.

122

OBTENCIÓN DE FRACCIONES

6.6.1.

Análisis Termogravimétrico

123

7.

CONCLUSIONES

136

8.

RECOMENDACIONES

141

REFERENCIAS

142

ANEXOS

153

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Estructura de la unidad básica del lentinano

45

Figura 2. Estructura de las estatinas de origen fúngico

47

Figura 3. Estructura de la pleuromutilina

48

Figura 4. Estructura del ergosterol

49

Figura 5. Estructuras de los ácidos oleico y linoleico

49

Figura 6. Producción de Hongos Comestibles, Funcionales y Medicinales en Latinoamérica 77,150 toneladas

50

Figura 7. Hongos con potencial anticancerígeno, principalmente macromicetos de la subdivisión basidiomycota (4).

51

Figura 8. Preparación del Medio de cultivo Papa Dextrosa Agar

79

Figura 9. Medio de cultivo depositado en cajas de Petri

80

Figura 10. Material esterilizado

82

Figura 11. Micelios crecidos sobre medios de cultivo en cajas de Petri, tubo inclinado y botellas

84

Figura 12. La elaboración del inóculo

85

Figura 13. Sellado, esterilización, inoculación e incubación de las bolsas plásticas y frasco de vidrio

86

Figura 14. Poder de la prueba

96

Figura 15. % Eficiencia Biológica

103

Figura 16. Longitud de los hongos

108

Figura 17. Diámetro del píleo

111

Figura 18. El efecto interacción entre los tipos de hongos y los sustratos

113

Figura

114

Figura 20. Rendimiento promedio de hongo Pleurotus pulmonarius, ostreatus y Lentinula edodes

116

Figura 21. Precocidad (en días) del hongo Pleurotus pulmonarius, Pleurotus ostreatus y el Lentinula edodes en las formulaciones

117

Figura 22. TGA Termogramas

127

Figura 23. TGA y MS Termogramas

128

Figura 24. TGA Termogramas

131

Figura 25. TGA y MS Termogramas

132

Figura 26. Shitake TGA-MS001

134

Figura 27. Shitake.001

135

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Producción de hongos y trufas por continente 1990 – 2011 (Toneladas) 31 Tabla 2. Características macroscópicas del Lentinula edodes

39

Tabla 3. Composición Proximal de las tres especies de hongos comestibles más consumidos en la región. Todos los datos son presentados como porcentajes de peso seco, excepto la humedad (porcentajes de peso fresco) y el valor de energía (Kcal por 100 g de pes

41

Tabla 4. Composición de aminoácidos de las tres especies de hongos comestibles más consumidos de la región. * mg/100 g FW.

42

Tabla 5. Contenido de ácidos grasos de tres hongos

42

Tabla 6. Diferencias entre nutracéuticos/alimentos funcionales y nutricéuticos/suplemento dietético y farmacéuticos

43

Tabla 7. Medio de cultivo Papa Dextrosa Agar

79

Tabla 8. Medio de cultivo Agar Extracto Malta. AEM

81

Tabla 9. Factores, niveles, tratamientos

95

Tabla 10. Rendimientos en el cultivo de P. pulmonarias, P. ostreatus y Lentinula edodes.

104

Tabla 11. Análisis de varianza de la eficiencia biológica (%)

106

Tabla 12. Prueba post anova de Tukey ( = 0,05). Eficiencia biológica

107

Tabla 13. Efectos principales

107

Tabla 14. Muestra la mediana, rango intercuartílico, y un intervalo de confianza de la muestra para la mediana

110

Tabla 15. Análisis de varianza del diámetro

112

Tabla 16. Resultados en el cultivo de Pleurotus spp. y Lentinula edodes

119

Tabla 17. Degradación presente en el Pleurotus pulmonarius

125

Tabla 18. Descripción del programa de calentamiento del Pleurotus pulmonarius 126 Tabla 19. Descripción del programa de calentamiento del Pleurotus ostreatus 129 Tabla 20. Degradación presente en el Pleurotus ostreatus

130

LISTA DE ANEXOS

Anexo A. VALIDACIÓN DE SUPUESTOS

153

Anexo B

156

Anexo C. Datos (Certificados de Análisis de los Sustratos)

157

RESUMEN

Los

hongos

superiores

se

conocen

como

potentes

agentes

biológicos

trasformadores de residuos de la agroindustria, en productos útiles para la humanidad mediante un proceso de Bioconversión de sustancias de difícil degradación como la lignina, la celulosa y hemicelulosa, aprovechando estas sustancias orgánicas y otros minerales como medio de reproducción para generar alimentos de alto poder nutricional por su alto porcentaje de proteínas, aminoácidos, vitaminas, carbohidratos, ácidos grasos insaturados (principalmente Linoléico), vitaminas (Niacina, C, B1, B2 y B7) y minerales (potasio, fósforo, sodio y calcio). y productos naturales de aplicaciones terapéuticas. La investigación se realizó en el Valle del Cauca en la ciudad de Santiago de Cali, en el laboratorio de micropropagación de la Universidad Autónoma de Occidente con las cepas donadas por CENICAFE de Pleurotus pulmonarius, Pleurotus ostreatus y Lentinula edodes. Para estas tres especies de hongos, se utilizó sorgo hidratado en agua 18 horas entre 60-65% de humedad, empacado en bolsas de polipropileno de alta densidad de con 200 g, esterilizado a 15 psi (121°C) por 60 minutos utilizando una autoclave. Cada bolsa se inoculó con 6 trozos de medio de cultivo PDA colonizado con el hongo e incubados por un período de 2 semanas para los Pleurotus spp. y tres semanas para el Lentinula edodes. Se utilizaron sustratos de la región en tres formulaciones con 15 réplicas por cada tratamiento: la primera formulación contenía hoja de guadua 50%/cáscara de frijol 50%; la segunda tamo de arroz 50%/bagazo de caña 45%/aserrín 5% y la tercera bagazo de caña 50%/torta de algodón 50%. Los sustratos se esterilizaron en una autoclave a 15 psi (121°C) por 60 minutos dos días y se inocularon al otro día con semilla del hongo al 5%. Se incubaron en completa oscuridad entre 3 y 4 semanas los Pleurotus spp. y entre 90 días el Lentinula edodes. Los resultados obtenidos muestran un potencial en la formulación 3 con la mezcla de bagazo de caña 50%/torta de algodón 50% en Pleurotus pulmonarius se 17

obtuvo una eficiencia biológica, EB del 79,7%. El Lentinula edodes con la formulación Le1 de bagazo de caña 50%/torta de algodón 50%, produjo una EB de 52,1%. Además, La rapidez de producción de los cuerpos fructíferos en el menor tiempo se presentó en la formulación 3 y la formulación 1.

Con las fructificaciones de los Pleurotus spp. y el Lentinula edodes, se realizaron los análisis termogravimétricos en un TGA Q500 con rango de temperatura de 25 °C