TECNOLOGA QUMICA Vol. XXXIII, No. 2, mayo-agosto, 2013 147

Fecha recepcin: mayo/2012; aceptacin/publicacin: nov. 2012/mayo2013, pgs. 147-155

Una tecnologa sostenible, aporte a la seguridadalimentaria

A Sustainable Technology Contribuiting to the Food SecurityDra. Rosa Catalina Bermdez-Savn, catalina@cebi.uo.edu.cu, Dra. Nora

Garca-Oduardo, MSc. Migdalia Serrano-AlberniCentro de Estudio de Biotecnologa Industrial, (CEBI), Facultad de Ciencias Naturales,

Universidad de Oriente, Santiago de Cuba, Cuba

Para la seguridad alimentaria y energtica en zonas rurales y la ciudad, como una va sostenible,se presenta la aplicacin de la fermentacin en estado slido en la biotransformacin desubproductos agrcolas lignocelulsicos, con el empleo de los hongos basidiomicetos de pudricinblanca. Como ejemplo de esta tecnologa se muestra el cultivo de las setas comestibles Pleurotusspp. sobre sustratos como: pulpa de caf, cscara de coco, cscara de cacao, aserrn y sus mezclas,los cuales por su cantidad y difcil manejo causan contaminacin del suelo y del agua. Elaprovechamiento de los mismos para este cultivo se ha consolidado como una alternativa viablepara la produccin de alimentos de consumo humano capaces de satisfacer, en gran medida, lasnecesidades proteicas y nutricionales de la poblacin en los pases subdesarrollados. Esto sesustenta en las ventajas de su bajo costo de produccin, alto contenido proteico y su obtencin engrandes cantidades en un corto lapso de tiempo. Adems de generar complementos de la dietaanimal, pues el sustrato que queda, despus de la cosecha de las setas est detoxificado, poseeadecuado contenido proteico y los valores de digestibilidad son superiores a los sustratosoriginales y pueden ser empleados en la dieta animal o como abono orgnico. Al mismo tiempo quese erradican los problemas de contaminacin ambiental que stos residuales ocasionan y con ellose contribuye al desarrollo sostenible de las comunidades.Palabras clave: fermentacin slida, Pleurotus spp, sustratos, setas comestibles, tecnologasostenible.

A sustainable way for food and energetic security in rural and the city regions, is presented withthe application of the solid state fermentation for the biotransformation of lignocellulosic by-products and agro-industrial wastes with white-rot fungi. Inamush as advantages of this technology,is showed the cultivation of mushroom Pleurotus spp. on coffee pulp, cedar chip , coconut and cocoashells, and the influence of its mixture (1:1), trough examination of their growth rates andconversion efficacy to fruiting bodies, which cause contamination of soil and water, because oflarge volumes and difficult management. The use of residues for these cultive was consolidate suchas alternative viable for food production, capable to satisfy the protein and nutritive necessity ofpopulation in the non-developing countries, besides low cost production, high protein content andobtention in large quantity in short time. In addition to produce complements for animal feet, suchas the spent oyster mushroom substrate postcosecha is detoxified, has proteic content and betterdigestibility than original substrates,and can be used as animal feed or fertilizer, at the same time,was eradicated the problem of environmental contamination of these residues provoking andfurther contribution at sustainable development of the communities.Key words: solid state fermentation, Pleurotus spp., substrates, edible mushroom, sustainabletechnology

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Introduccin

El Centro de Estudios de BiotecnologaIndustrial (CEBI) de la Universidad de Oriente hadirigido su accin en uno los renglones econmicosms importantes de la regin: el aprovechamiento

biotecnolgico de los subproductos que se generanen el beneficio y cosecha del caf, cultivo de grantradicin en nuestro pas.

El cultivo del caf en nuestras zonasmontaosas constituyen cerca del 80 % del que secultiva en Cuba. En toda la provincia santiaguera

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se realiza este beneficio, principalmente, por vahmeda para garantizar un grano de mayor calidad.En el proceso se generan distintos subproductos:pulpa, muclago, pergamino, jugos, y aguas de lavado.En el trabajo sobre la caracterizacin de las 106despulpadoras o centros de beneficio hmedo delcaf /1/ se demostr que los subproductos son pocoutilizados y se vierten al medio sin tratamiento, locual provoca la contaminacin de aguas, suelos ydeterioro del ambiente.

La pulpa o cscara de caf representa el 40 %del caf que se despulpa, en todo el pas anualmente,se vierten una gran cantidad de pulpa, las cualesno son utilizadas en su totalidad, ni an son tratadasadecuadamente para evitar la contaminacin enregiones de las comunidades de montaa, dondese localizan los centros de despulpe.

Fundamentacin terica

Por su composicin qumica, la pulpa de cafresulta atractiva para ser empleada como materiaprima en diferentes procesos o tecnologas, como:en la produccin ya sea de abono, biogs, alimentoanimal, o bien como sustrato en la produccin desetas comestibles, las cuales son consideradaspor poseer muy buena calidad nutracutica yconstituir una buena fuente para la obtencin denutricuticos /2/. Estas tecnologas permiten utilizarun subproducto, eliminar la contaminacin, y a suvez generar beneficios en el orden econmico,social y ambiental.

. Dentro de los subproductos lignocelulsicosde origen agroindustrial susceptibles de serutilizados como sustratos para la produccin desetas comestibles, destacan: la pulpa de caf, laspajas de caa de azcar y de arroz; las hojas depltano; la paja de maz y diferentes tipos dehierbas /3-5/.

El cultivo de setas comestibles del gneroPleurotus fue iniciado en Cuba por el InstitutoCubano de los Derivados de la Caa de Azcar/6/, empleando subproductos de la agroindustriacaera (paja de caa de azcar) con resultadospositivos y con el consiguiente desarrollo de latecnologa. Luego esta tecnologa se transfiri alCEBI, como qued demostrado por las

investigaciones realizadas /7/ usando subproductosdel caf del cacao, coco y otros, como sustratos parael cultivo de Pleurotus , adecundola alaprovechamiento de residuos abundantes en estaregin del pas. Los rendimientos y la productividadde las cosechas obtenidas, fueron superiores encomparacin a los obtenidos con paja de caa deazcar /8/.

El objetivo de este trabajo es presentar laproduccin de setas comestibles del gneroPleurotus, utilizando la fermentacin en estadoslido, usando sustrato a base de la pulpa de caf.Esta aplicacin permite reducir la contaminacinque producen, se obtiene as un producto de altovalor nutracutico para el consumo humano y unsustrato residual que tiene una amplia gama deposibilidades de utilizacin, tales como alimentoanimal, abono orgnico, acondicionador del sueloy sustrato para la vermicultura, entre otros usos,lo cual conlleva a la obtencin de beneficioseconmicos, ecolgicos y sociales, constituyendouna tecnologa sostenible.

El proceso biotecnolgico de la fermentacin enestado slido brinda la posibilidad de producir ambos,las setas comestibles (Pleurotus spp.) y el forrajebeneficiado pleurotina, resultando as en labioconversin de subproductos agrcolas en alimentohumano y alimento animal o abono orgnico.

Mtodos utilizados

Cultivo de Pleurotus spp

En Cuba, existe experiencia de produccin de lassetas (P. ostreatus) sobre subproductos caeros ypaja, en el ICIDCA /8/, as como en instalaciones delMinisterio de las Fuerzas Armadas Revolucionarias/9/. En nuestra regin, donde abundan subproductosde la industria cafetalera, /10/ demostraron suutilizacin para el cultivo de Pleurotus spp. en Cuba.En general, se tiene buena base tecnolgica para sucultivo comercial a pequea y gran escala, sobretodo en lo relacionado a las condiciones adecuadaspara el crecimiento micelial y fructificacin(temperatura, luz, humedad, concentracin de O2 yCO2, sustratos, pH), as como otros factoresrelevantes del cultivo (ingeniera del diseo de

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instalaciones, operaciones crticas del proceso,procesamiento, enfermedades y pestes) /11, 5/.Teniendo estos antecedentes, se desarroll y seaplic la tecnologa integral para la produccin de las

setas (Pleurotus spp.), empleando subproductos dela agroindustria del caf. Dicha tecnologa (figura 1)est totalmente establecida en la planta deinvestigacin-produccin del CEBI /1, 12-14/.

Fig. 1 Esquema que muestra el aprovechamiento integral de los subproductos de laagroindustria del caf en Cuba para la produccin de setas comestibles (Pleurotus), incluyendoel aprovechamiento de los subproductos derivados de su aplicacin.

1. Seleccin de las cepas de Pleurotus spp. demayor productividad.

El cepario del CEBI, posee una coleccindiversa de cepas del gnero Pleurotus. Con ellasse realizaron estudios sobre el cultivo de Pleurotusspp. en pulpa de caf, seleccionando la ceparegistrada como CCEBI 3024 de P. ostreatus(Florida), tanto por la experiencia acumulada en elICIDCA, como por su buen rendimiento yproductividad /1, 15, 16/.

Los resultados de seis cepas evaluadas, mostraronque las eficiencias biolgicas (EB) promedio msaltas se obtuvieron con las cepas CCEBI 3027 yCCEBI 3021, alcanzando 225,23 % y 204,36 %, unatasa de produccin (TP) de 4,50 %/da y 3,41 %/da,y un periodo de produccin de 50 y 60 das,respectivamente. Estas cepas son estadsticamentesuperiores y diferentes al resto, excepto la cepaCCEBI 3024, la cual tambin alcanz una alta EB de195,38 % /10/. Las EB de P. sajor-caju

CCEBI 3027 y P. ostreatus CCEBI 3021 fueronsuperiores a las obtenidas previamente sobre pulpade caf con 5 das de fermentacin (128,1-175,8 %).La mayor TP y el mayor dimetro promedio de loscuerpos fructferos se obtuvieron con la cepa CCEBI3027, siendo de 4,50 %/da y 10,17 cm,respectivamente, lo cual fue similar a lo obtenido conla cepa P. ostreatus (Florida) CCEBI 3024. Estevalor de TP fue superior a registros previos sobrediversos sustratos (3,41 %/da) /18/, aunque el tamaode los cuerpos fructferos fue equivalente /19/.Desde del punto de vista de la evaluacin econmicade la tecnologa, se considera como factibleeconmicamente aquellos en los procesos en que laEB alcance valores mayores de 40-50 % y elrendimiento mayor del 10 % /12/.

La cepa de P. ostreatus (Florida) CCEBI3024 present un buen desarrollo en las fases decrecimiento y produccin, observndose que loscuerpos fructferos se desarrollan en forma deracimos o ramilletes a partir de un tronco centralcorto de 1-2 cm. Esta evaluacin permiti poseer

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tres cepas, que son las mejores productoras,adems de obtenerse los cuerpos fructferos demejor calidad.

2. El sustrato

Pulpa de caf (Coffea arabica, C. canephora)

Existen dos variedades principales de caf:Coffea arabica, originaria de las altiplanicies deAbisinia y cultivada en tierras altas, sobre todo enAmrica Central y del Sur, con granos muyaromticos y mucha cafena; y C. canephora,variedad robusta, cultivada sobre todo en tierrasbajas africanas, con granos menos aromticos y conpoca cafena /20/. Ambas variedades son cultivadasen Cuba y aunque presentan composicin semejante,generan diferentes rendimientos en el cultivo dePleurotus spp. /12-14/.

Al seleccionar el sustrato a partir de lossubproductos del caf y el tamao ms adecuado dela unidad de produccin para la tecnologa, se emplela cepa CCEBI 3024 de P. ostreatus (Florida) en lasinvestigaciones posteriores se observ que la pulpade caf aventaja considerablemente al aflecho, yque el tamao de unidad de produccin (bolsa) de 4kg present mayor rendimiento. En cuanto a laprecocidad, la pulpa de caf fue superior. Dadosestos resultados, en nuestras condiciones de trabajo,se seleccion la pulpa de caf en bolsas de PVCtransparentes, de 4 kg. La variante de 2 kg decapacidad puede ser factible para niveles delaboratorio o investigacin, donde los lotes de sustratoa emplear son menores que en un nivel de producciny ms fciles de manipular.

Resultados y discusin

Cultivo de Pleurotus spp. sobre pulpa decaf en la planta de investigacin-producciny en una planta rural

La produccin de las setas comestibles [P.ostreatus var. (Florida), cepa CCEBI 3024], se lleva cabo tanto en la planta experimental como en unaplanta rural, de acuerdo a la tecnologa desarrollada.

Los resultados de produccin promedio porunidad (bolsa), la eficiencia biolgica, y elrendimiento fueron satisfactorios y superiores alos registrados con bagazo de caa de azcar /8/y similares a los obtenidos por Martnez-Carrera/11/. En ambas plantas se observ que a medidaque se aumenta el nmero de unidades deproduccin (bolsas), disminuye el rendimiento.Esto puede estar relacionado al volumen deocupacin del ambiente de fructificacin y lamodalidad de ventilacin para el recambio delaire, que se mantiene constante. Por otra parte,econmicamente, los resultados obtenidos en laplanta rural son atractivos ya que el gasto declimatizacin de los locales de cultivo no es necesario.Los resultados obtenidos coinciden coninvestigaciones previas sobre el cultivo de Pleurotussobre subproductos del caf /11/, ya que laseficiencias biolgicas (EB) obtenidas se encuentranen un rango de 110-115 %, resultando superiores alas EB registradas en otros sustratos /17/.

En la pulpa de caf de C. arabica. la eficienciabiolgica y los rendimientos obtenidos fueronsignificativamente superiores, con valores de EB de138,9 % y rendimiento de 34,7 % ,en tanto que, paraC. canephora fueron valores de EB de 67,1 % yrendimiento de 20,1 %. Una posible explicacin deestas diferencias pudiera estar en la textura de lapulpa de caf C. canephora que es ms dura yabsorbe menos agua. Existe la posibilidad demezclar ambas pulpas entre ellas, sin esperar quelos procesos de bioconversin sean negativos ysin necesidad de clasificarlas antes de los procesosproductivos. Tambin es posible mezclar ambaspulpas con otros residuos lignocelulsicos, lo cualpuede resultar en diferentes rendimientos. Comoejemplo de ello en la tabla 1 se presentan las EBlogradas con sustratos a base de la pulpa de caf ysus mezclas con otros materiales abundantes enCuba. Los sustratos tuvieron diferencias en sucomposicin qumica, particularmente en la relacinC/N y las cenizas. La pulpa de caf mostr la menorrelacin C/N de 16 y el mayor contenido de cenizasde 12,82 %, mientras que la viruta de cedro tuvo lamayor relacin C/N de 524 y el menor contenido decenizas de 1,23 %. La pulpa de caf fue el sustratocon el que se obtuvieron las mejores produccionesde setas comestibles (Pleurotus spp.), incluso cuandose utiliz en mezclas.

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Tabla 1Pleurotus sp. CCEBI 3024 cultivado sobre diferentes sustratos puros y mezclas

En la tabla 2 se presenta el anlisis de los cuerposfructferos de Pleurotus ostreatus (Florida)obtenidos utilizando como sustrato la pulpa de caf/14/ y la cscara de cacao /12, 22/, los cuales fueron

similares a trabajos previos /8, 9/. Esto permitiestablecer que las setas obtenidas tienen un valornutricional equivalente a aquellas cultivadas en otrossubproductos y condiciones.

Tabla 2Anlisis bromatolgico de las setas

Pleurotus ostreatus (Florida) (% base seca)

El contenido de protena fue acorde con loregistrado por Chang y Miles /2/. El alto contenidode protena demuestra la capacidad de estosorganismos para la bioconversin de loscompuestos lignocelulsicos y nitrogenados delsustrato /23/.

Los valores encontrados con respecto alcontenido de cidos nucleicos estn en el rango de5-6 %, y dentro de los lmites establecidos por elProtein Advisory Group de Naciones Unidas, locual indic que pueden consumirse hasta 300g desetas frescas diariamente sin tener consecuencias

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adversas en la salud. Pleurotus es un gnero dehongos comestibles que resulta interesante desde elpunto de vista nutricional, en funcin de su contenidode protena (27-48 %) con valores de cmputoqumico comprendidos entre 96-110 %, lpidos(2-8 %), niveles tolerables de cidos nucleicos, y porla presencia, adems, de vitaminas, minerales, fibradiettica, beta glucanos y compuestos con actividadantioxidante /23/. Lo anterior, junto con elreconocimiento de numerosos modificadoresbiolgicos en las setas comestibles como una

alternativa para el tratamiento de varios trastornosfisiolgicos humanos, ha hecho que algunos autoreslas denominen setas nutracuticas /2, 23/.

En la tabla 3 se presenta el balance materiales,la bioconversin, que se obtiene del cultivo delPleurotus ostreatus sobre los sustratos estudiadosy su comparacin con otros autores /12, 24, 25/,observndose el alto grado de bioconversin delos sustratos, alcanzando la pulpa de caf elmayor valor.

Tabla 3Bioconversin de los sustratos y su comparacin con otros autores. (%)

La implementacin de la tecnologa es capaz de generar, adems de las setas, una buena cantidad desustrato remanente (pleurotina), el cual segn se reporta por varios autores, es aprovechado y utilizadocomo alimento animal o fertilizante /26, 27/.

En la tabla 4, se presenta la composicin del sustrato remanente o pleurotina de caf. Estudiosrealizados por los investigadores del CEBI en la Biofbrica Santiago, empleando la pleurotina de cafcomo abono orgnico con diferentes cultivos (tablas 5 y 6), mostraron que los rendimientos son similaresa los obtenidos, cuando se emplea el humus, como abono orgnico convencional.

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Tabla 4Comparacin entre la composicin bromatolgica

de la pulpa de caf y su pleurotina. (% base seca) /12/

Tabla 5Parmetros morfolgicos de la calidad

de la habichuela Lina y su rendimiento /28/

Tabla 6Rendimiento de ajo porro /29/

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Ventajas de la tecnologa

Es una alternativa viable para la produccin dealimento humano, capaz de satisfacer lasnecesidades proteicas y nutricionales de lapoblacin en los pases subdesarrollados, enfuncin de su bajo costo de produccin, altocontenido proteico y su obtencin en grandescantidades en un corto lapso de tiempo; ademsde generar complementos de la dieta animal, puesla pleurotina est constituida por la pulpa de cafdetoxificada, producto de la fermentacin ocurrida,posee adecuado contenido proteico y los valoresde digestibilidad son superiores.

La aplicacin de esta tecnologa integral deacuerdo a las particularidades de cada centrode despulpe y su entorno, posibilita latransformacin de la pulpa de caf en valiososproductos, (27-32 % de bioconversin).

Con esta tecnologa se erradican los problemasde contaminacin ambiental que lossubproductos lignocelulsicos ocasionan y secontribuye al desarrollo sostenible de lascomunidades de montaa. De la misma formase valorizan los residuales de las industrias delcacao, coco, aserros y otros.

Conclusiones- La tecnologa de cultivo de setas comestibles

(Pleurotus)- est establecida como un proceso biotecnolgico

que se lleva cabo a nivel mundial, tanto a granescala como a pequea. El empleo de la pulpa decaf, como sustrato nico o mezclado con otrossubproductos, produce altos rendimientos.

- es capaz de brindar beneficios econmicos,sociales y ambientales a las comunidades serranasde nuestro pas, adems de poder ser explotada enlas ciudades por empresas u organismos quepromuevan el uso y consumo de setas comestiblesPleurotus spp. Adems, la produccin comercialde setas comestibles es considerada, ya sea enmayor o menor escala, como un proceso biolgicoeficaz y relativamente corto de recuperacin dealimento proteico.

- se ejemplifican los tres elementos de lasproducciones limpias: conservacin de recursosayudados por tecnologas que minimizan los

residuos a fuentes, a travs de cambio de producto(sustitucin/conservacin/composicin);tecnologa de tratamientos designados pararecuperar materias primas, energa, agua ysubproductos y utilizacin de residuos para elempleo de ellos como materia prima secundaria.

- La comercializacin de las setas y su presentacinen el mercado es otro aspecto a tener en cuentadurante el proceso tecnolgico del cultivo desetas. El CEBI cuenta con el registro sanitariopara la comercializacin del producto setascomestibles NORAS en salmuera y se siguedesarrollando un programa de promocin ydivulgacin sobre el consumo de este valiosoalimento, por sus caractersticas nutracuticas ysu elevado contenido de protenas.

- Se demuestra que es una produccin limpia,generadora de un alimento altamente nutritivoy a su vez iniciadora de un futuro prometedor:la biotecnologa de setas comestibles.

- Generalizar esta tecnologa integral, es una delas alternativas cientfico-tecnolgicas de granimpacto para el futuro de la alimentacin y lamedicina.

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