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BIODEGRADACIÓN DEL POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD CON
Staphylococcus sp. AISLADO DEL BOTADERO DE ASCENSIÓN –
HUANCAVELICA
BIODEGRADATION OF LOW DENSITY POLYETHYLENE WITH
Staphylococcus sp. ISOLATED FROM THE ASCENSION DUMP –
HUANCAVELICA
Freddy Arotoma1 • Alex Apacclla 1 • Víctor G. Sánchez 1 •, José E. Saldaña1 •
Julio D. Enríquez 1 •
Resumen
En la presente investigación se describe el
aislamiento y la actividad biodegradativa del
microorganismo sobre el polietileno de baja
densidad (LPDE), teniendo como objetivo
determinar la degradación del polietileno de
baja densidad por Staphylococcus sp. Las
bacterias fueron aisladas de LPDE con
evidencias de deterioro procedentes del
botadero de Ascensión-Huancavelica. La
recolección de muestras se realizó mediante
la observación, se utilizó frasco de 250 ml
estéril, transportando asépticamente. Las
muestras fueron homogenizadas en agua
destilada. Se aisló cepas de Staphylococcus
sp. en medio de cultivo agar Manitol salado.
La prueba cuantitativa del Staphylococcus
sp. para las muestras se realizó por Mac
Farland N° 2. El periodo de degradación del
LPDE fueron 90 días en tres estufas de
convección simple a temperatura de (37, 20
y 15°C). De acuerdo a los resultados se
observa la biodegradación del LPDE por la
bacteria Staphylococcus sp. a una
temperatura de 37 °C una degradación de
2,16 %, a una temperatura de 20 °C una
degradación de 0,52 % y finalmente a una
temperatura de 15 °C una degradación de
0,29 % Lo que significa que a temperatura
de 37°C el Staphylococcus sp. es más
eficiente en cuanto a la biodegradación y a
15 °C es menos eficiente.
Palabras clave: Polietileno,
biodegradación, bacteria, plásticos,
temperatura.
Abstract
The present investigation describes the
isolation and biodegradative activity of the
microorganism on low-density polyethylene
(LPDE), with the objective of determining the
degradation of low-density polyethylene by
Staphylococcus sp. The bacteria were
isolated from LPDE with evidence of
deterioration from the Ascensión-
Huancavelica landfill. The collection of
samples was carried out by observation, a
sterile 250 ml bottle was used, transporting
aseptically. The samples were homogenized
in distilled water. Staphylococcus sp. strains
were isolated in salty Mannitol agar culture
medium. The quantitative test of
Freddy Arotoma
2015161002@unh.edu.pe
1 Facultad de Ciencias de Ingeniería,
Universidad Nacional de
Huancavelica
Jr. Victoria Garma N° 275 y Jr.
Hipólito Unanue N° 280
Huancavelica, Perú
Recibido: 11 de Agosto del 2020
Aceptado: 13 de ctbre del 2021
Revista de Investigación Científica Siglo XXI (2021)
Vol. 1, Núm. 1, pp. 30 - 39
https://doi.org/10.54943/rcsxxi.v1i1.8
31
Staphylococcus sp. for the samples was
performed by Mac Farland No. 2. The
degradation period of LPDE was 90 days in
three simple convection ovens at
temperatures of (37, 20 and 15 °C).
According to the results, the biodegradation
of LPDE by the bacteria Staphylococcus sp.
Is observed at a temperature of 37 °C, a
degradation of 2,16%, at a temperature of 20
° C, a degradation of 0.52% and finally at a
temperature of 15 ° C a degradation of
0,29%, which means that at a temperature
of 37 ° C Staphylococcus sp. is more
efficient in terms of biodegradation and at 15
°C it is less efficient.
Keywords: Polyethylene, biodegradation,
bacteria, plastics, temperature.
1. Introducción
La acumulación de los residuos plásticos en
el ambiente ha contaminado diversos
ecosistemas de la biosfera, siendo uno de
los materiales con propiedades flexibles, se
ha convertido en el material moderno
preferido de fabricación por las industrias de
nuestra actualidad, son más fáciles de
producir y más difíciles de desaparecer
volviéndose indispensable para nuestra vida
Litterthub (2019). Cerca del 75% del plástico
generado por la pandemia de COVID-19
como plásticos, mascarillas, guantes y
botellas de desinfectante para manos se han
convertido en desechos que llegan al
ambiente. Aunque las medidas de
confinamiento alrededor del mundo han
generado una dramática caída del 5% de las
emisiones de gases de efecto invernadero,
el aumento de los desechos plásticos han
aumento alrededor del mundo teniendo un
impacto negativo en la naturaleza (Echeverr
et al., 2020).
La investigación frente al problema de los
plásticos en el ambiente va dirigido a la
búsqueda de alternativas de degradación
con microorganismos, para controlar la
contaminación por plástico, como se ha visto
la gran efectividad que tienen las bacterias
al biodegradar de manera muy eficiente del
polietileno de baja densidad (Archana Y
Martín 2017).
La investigación realizada por Herri Mason,
profesora de química en la universidad de
Nueva York encontraron datos alarmantes
de micro plásticos encontrados en casi
todas las botellas de agua que tuvieron de
estudio. Se examinaron 250 botellas
compradas en nueve países diferentes y se
encontró un promedio de 10 partículas de
plástico por litro, cada una más grande que
el ancho de un cabello humano, según una
investigación dirigida por la organización de
periodismo Orb Media cuyas pruebas fueron
realizadas en la Universidad Estatal de
Nueva York, Estados Unidos Shukman
(2018).
La presente investigación estudió y evaluó
la degradación del LPDE por
Staphylococcus sp. en condiciones
controladas, para aumentar los
conocimientos sobre el manejo y disposición
final de los residuos plásticos en los
botaderos, que dependiendo de la tipología
y tamaño de cada plástico tarda entre 100 y
1 000 años en descomponerse. Peor es el
caso de los plásticos que se disponen hacia
al mar, que además de acabar con la vida
de muchos animales, su tiempo de
32
descomposición es mayor que si estuviera
en tierra firme (Bilbao, 2015).
2. Material y métodos
El presente estudio es de tipo experimental,
explicativo. Se realizó un muestreo no
probabilístico intencional.
2.1 Toma de muestra
Los materiales plásticos seleccionados
visualmente con signos de deterioro (Kumar
et al., 2013) fueron colectados de la
superficie y 15 a 20 cm de profundidad
(Uribe et al., 2010) entre la primera y
segunda trinchera donde se dispone los
residuos del distrito de Ascensión, para ello
se utilizó frasco de 250ml estéril, fueron
trasladadas en material de tecnopor de 34 x
34 x 23 cm homogenizándolo según
(Amponsah, 2003).
2.2 Enriquecimiento selectivo
Las muestras fueron sumergidas en agua
destilada estéril realizó por medio de
suspensión aséptica de 500 gr de muestras
recolectadas en 500mL agitando
vigorosamente el contenido para suspender
los microorganismos adheridos al plástico
en un matraz de Erlenmeyer por 20s
(solución madre).
Los microorganismos con capacidad
biodegradativa fueron preseleccionados a
partir de la solución madre, se tomó 0.1 ml
que se inoculó y esparció con Asa Drigalski
en 8 placas Petri con medios Agar Manitol
salado, compuesto de extracto de carne
bovina 1,0 g; digerido pancreático de
caseína 5,0 g; digerido péptico de tejido
animal 5,0 g; cloruro sódico 75,0 g; D-
manitol 10,0 g; rojo fenol 0,025 g; agar 15,0
g (Dickinson, 2013), e incubadas a 37°C
durante 48 h, con el propósito de aislar la
mayor cantidad de microorganismos de
acuerdo a (Badia et al., 2011; Benítez et al.,
2007; Hernández et al., 2005).
2.3 Identificación
Los cultivos se desarrollaron en recipientes
con medio de cultivo Agar Manitol Salado
utilizado para el aislamiento selectivo de
Staphylococcus sp. tal como se muestra en
la Figura 2. El agar sal manitol contiene
peptonas y extractos de carne bovina, que
suministran los nutrientes esenciales. Una
concentración de cloruro sódico de 7,5%
tiene como resultado una inhibición parcial o
completa de los organismos bacterianos
diferentes de los Staphylococcus,
(Dickinson, 2013) incubadas durante a 37°C
durante 48 h, los organismos bacterianos
identificados del crecimiento de colonias se
pueden verse en la Tabla 1.
Fig. 1 Plásticos con signos de
deterioro encontradas en el botadero
de ascensión
plásticos que se han colectado de las
trincheras donde se dispone los
33
Tabla 1 Identificación de crecimiento de colonias
Nota: esta tabla muestra el crecimiento de las cepas y la diferencia de las mismas.
2.4 Siembra
Pasado las 48 h se retiró las 8 placas Petri
del cual se ha extraído las cepas para
realizar la siembra en los tubos con medio
solido (Agar Manitol salado) en forma
inclinada con la técnica de siembra por
estría ondulada, para realizar esta técnica
de siembra empleamos los materiales
como: El asa bacteriológica, un mechero
bunsen, medio de cultivo en tubo y cultivos
de bacteria en placa Petri. El procedimiento
que se realizo es el siguiente: con el asa
estéril fría y mantenida en zona séptica
tomamos el inóculo, destapamos el tubo e
introducimos hasta la base donde comienza
la parte inclinada sin tocar las paredes del
tubo y distribuimos el inoculo trazando
estrías cerradas en forma ondulatoria hasta
cubrir toda la superficie del medio evitando
el rompimiento del agar, retiramos el asa,
flameamos la boca del tubo, lo tapamos, lo
colocamos en la gradilla y finalmente
esterilizamos el asa bacteriológica. Este
procedimiento se ha realizado en 20 tubos
de ensayo, posteriormente incubado a 37°C
durante 48 h.
2.5 Sustrato plástico de uso común
(LPDE)
Para llevar a cabo este trabajo de
investigación, se utilizaron como sustratos al
LPDE o como se llama comúnmente plástico
de uso común que se obtuvieron en tiendas
comerciales.
2.6 Prueba cuantitativa de
biodegradación del polietileno de baja
densidad
La metodología utilizada para este ensayo
fue la empleada por (Benítez et al., 2007;
Singh et al., 2016). La prueba cuantitativa de
la capacidad biodegradativa consistió en
determinar la cantidad de peso perdido en
un periodo de exposición de 90 días a
Cepas
Resultados de crecimiento
Staphylococcus aureus ATCC 6538
Colonias amarillas de tamaño mediano, amarillo medio.
Staphylococcus aureus ATCC 25923
Colonias amarillas de tamaño mediano, amarillo medio.
Staphylococcus epidermidis ATCC 12228
Colonias blancas de tamaño pequeño a mediano, rojo
mediano.
Proteus mirabilis ATCC 12453
Inhibición parcial (a completa); colonias incoloras,
Agrupación activa inhibida.
Escherichia coli ATCC 25922
Inhibición completa
Sin inocular
Rojo
Fig. 1 Placas Petri con crecimiento
de colonias en Agar Manitol Salado
Nota: Se representa el cultivo de
Agar Manitol Salado para el
aislamiento selectivo de
Staphylococcus sp. dentro de una
incubadora.
34
Staphylococcus sp. a una concentración del
tubo 2 de Macfarland con discos de LPDE
previamente pesadas, este proceso se
realizó para 3 temperaturas (37°C, 20°C y
15°C) en cada una con 8 repeticiones y una
muestra en blando para cada una.
2.7 Determinación de la pérdida de peso
Una vez retiradas de la estufa, las muestras
pasaron a ser secadas en el ambiente
durante 24 horas. Transcurrido este periodo
se procedió a pesar cada una de las láminas
(tres mediciones) en una balanza analítica
AA-200DS Sartorius, los datos que se
reporta pueden verse en la Tabla 2,
evaluándose el porcentaje de la pérdida de
peso con respecto a su peso inicial (Usha et
al., 2011), mediante la fórmula:
(𝑃𝑓 – 𝑃𝑖
𝑃𝑖 ) 𝑥100
Donde Pf es el peso final (después de la
incubación) y Pi.
Para ello se realizaron suspensiones de
células en solución salina, compatibles al
tubo 2 de Mc Farland, mismo que se
encuentra en la Tabla 2. Con las cepas
aisladas de los tubos de ensayo, se realizó
las diluciones del Staphylococcus sp. en
medio liquido utilizando agua destilada
estéril, las cuales se inocularon en medio
MSM (100 mL) con discos de LPDE
previamente esterilizados y pesados en una
balanza analítica (±0,0001 g).
Tabla 2 Escala de Mac Farland
Tubo Nº
Cl Ba (1%) mL
H2SO4 (1%) mL
Millones de m.o/mL
1
0,1
9,9
300
2
0,2
9,8
600
3
0,3
9,7
900
4
0,4
9,6
1 200
5
0,5
9,5
1 500
6
0,6
9,4
1 800
7
0,7
9,3
2 100
8
0,8
9,2
2 400
9
0,9
9,1
2 700
10
1,0
9,0
3 000
Las condiciones de incubación fueron
similares a las mencionadas, durante 90
días. Al final de la incubación se desinfectó
y se realizó el secado del LPDE, se procedió
con el pesado de los discos de plástico de
cada tubo y se determinó el porcentaje de
peso perdido. El análisis estadístico que se
ha utilizado es el Tukey.
3. Resultados
A continuación, se muestran las tablas 3, 4,
5 y 6, donde se reportan los porcentajes de
biodegradación del LPDE, de las muestras
del botadero de ascensión así mismo se
muestran los valores de peso inicial y peso
final.
Tabla 3. Biodegradación de polietileno de baja densidad con la bacteria Staphylococcus sp. a
una temperatura de 37° C.
N° Tubo
Bacteria
Peso
inicial
Peso final
%
Biodegradación
1
Staphylococcus sp.
0,0126
0,0123
2,4
2
Staphylococcus sp.
0,0133
0,0130
2,3
35
3
Staphylococcus sp.
0,0121
0,0119
1,7
4
Staphylococcus sp.
0,0139
0,0136
2,2
5
Staphylococcus sp.
0,0133
0,0130
2,3
6
Staphylococcus sp.
0,0123
0,0121
1,6
7
Staphylococcus sp.
0,0121
0,0119
1,7
8
Staphylococcus sp.
0,0124
0,0122
1,6
9
Blanco
0,0121
0,0121
0,0
Se observan los resultados de los valores de
biodegradación del LPDE, de las muestras
del botadero de ascensión a una
temperatura de 37 °C una biodegradación
de 2,4 % como máximo valor de
degradación y 1,6 % para el tubo de ensayo
6 y 8, se observa una degradación de 2,3 %
para el tubo 2 y tubo 5 respectivamente.
Tabla 4. Biodegradación de polietileno de baja densidad con la bacteria Staphylococcus sp. a
una temperatura de 20° C.
N° Tubo
Bacteria
Peso inicial
Peso final
% Biodegradación
1
Staphylococcus sp.
0,012
0,0119
0,8
2
Staphylococcus sp.
0,0142
0,0141
0,7
3
Staphylococcus sp.
0,0112
0,0111
0,9
4
Staphylococcus sp.
0,0113
0,0113
0,0
5
Staphylococcus sp.
0,0116
0,0115
0,9
6
Staphylococcus sp.
0,0129
0,0129
0,0
7
Staphylococcus sp.
0,012
0,0119
0,8
8
Staphylococcus sp.
0,012
0,0119
0,8
9
Blanco
0,014
0,014
0,0
Se observan los resultados de los valores de
biodegradación del LPDE se presentan en la
Tabla 1. La muestra del botadero de
ascensión a una temperatura de 20 °C
realiza una biodegradación de 0,9 % como
máximo valor de degradación para los tubos
3 y 5 se observa también que para los tubos
de ensayo 1, 7 y 8 se observa una
degradación de 0,8 %.
Tabla 5. Biodegradación de polietileno de baja densidad con la bacteria Staphylococcus sp. a
una temperatura de 15° C.
N° Tubo
Bacteria
Peso inicial
Peso final
% Biodegradación
1
Staphylococcus sp.
0,0129
0,0128
0,78
2
Staphylococcus sp.
0,0132
0,0132
0,00
3
Staphylococcus sp.
0,0113
0,0113
0,00
4
Staphylococcus sp.
0,0121
0,0121
0,00
5
Staphylococcus sp.
0,0128
0,0128
0,00
6
Staphylococcus sp.
0,0113
0,0113
0,00
7
Staphylococcus sp.
0,0132
0,0132
0,00
8
Staphylococcus sp.
0,0124
0,0123
0,81
9
Blanco
0,0126
0,0126
0,00
Se observan los resultados de los valores de
biodegradación del LPDE, de las muestras
del botadero de ascensión a una
temperatura de 15 °C una biodegradación
de 0,81 % como máximo valor de
degradación para el tubo 1 los demás tubos
muestran bajas degradación.
36
Tabla 6. Prueba de Tuckey de los valores de Biodegradación de polietileno de baja densidad con
la bacteria Staphylococcus sp.
Biodegradación de Polietileno de baja densidad
Variable
Temperatura
(°C)
N
Media
(Tuckey agrupamiento) *
Desviación
estándar
Staphylococcus sp.
37
9
2,16A
± 0,39
Staphylococcus sp.
20
9
0,52B
± 0,36
Staphylococcus sp.
15
9
0,29B
± 0,50
*. Medias con la misma letra no son significativamente diferentes.
Fig. 3. Valores de Biodegradación de
polietileno de baja densidad con la
bacteria Staphylococcus sp.
El presente análisis Figura 3. Es una
comparación de medias de Tukey a un nivel
de significancia de alpha 0,05, para el cual
presenta diferencia estadística de las
temperaturas (°C), (37, 20 y 15) en la
biodegradación de LPDE producido por la
bacteria Staphylococcus sp. Se puede
observar que existen diferencias
estadísticas entre las biodegradaciones de
polietileno de baja densidad como máximo
valor se obtuvo 2,16a % de la temperatura
de 37 °C. Con respecto a la diferencia
mínima significativa (delta) 0,53 los menores
valores de biodegradación se obtuvieron
0,52b y 0,29b con temperaturas de 20 y 15
°C respectivamente.
4. Discusión
Durante los últimos 3 meses, se observó las
muestras de polietileno pequeñas partículas
tenues sobre las superficies del LPDE
evidenciando un posible ataque microbiano.
Se realizó el análisis de biodegradación del
LPDE producido por la
bacteria Staphylococcus sp. se observó la
degradación del polietileno de baja densidad
en un 2,16 % a una temperatura de 37 °C,
aislado del botadero del distrito de
ascensión Huancavelica, Según (Rajesh et
al., 2017) y (Christi et al., 2007) Su eficacia
en la degradación de bolsas de polietileno
comerciales fueron superiores a nuestro
trabajo el resultado que obtuvieron en
términos de pérdida de peso media a 37°C
en un período de ocho semanas, con
respecto a las bases en los criterios de
(Muller et al., 1993) no se ha tenido grandes
diferencias con el trabajo realizado.
Este estudio afirma que la cepa bacteriana
aislada del botadero del distrito de
Ascensión tiene la capacidad de degradar el
LPDE, en un 0,52 % a una temperatura de
20 °C. Según (Alejandra y Martín, 2017) en
el trabajo que realizaron obtuvieron
resultados mayores en comparación del
presente trabajo que de acuerdo a las bases
en los criterios de (Milstein et al., 1994).
2.16
0.52
0.29
0
0.5
1
1.5
2
2.5
(37 °C) (20 °C) (15 °C)
Biodegradacion
Staphylococcus sp
Temperatura
37
La biodegradación del LPDE producto de la
bacteria Staphylococcus sp. Se observa una
biodegradación de 0,29 % a una
temperatura de 15 °C, aislado del botadero
del distrito de ascensión Huancavelica.
(Sandra et al., 2017; Vijaya & Mallikarjuna,
2008) en su reporte con compostaje de
películas de polietileno durante 4 meses no
mostró ninguna degradación con respecto a
las bases en los criterios de (Begum et al.,
2015), obtuvieron una biodegradación a 15
°C superior a nuestro trabajo que si bien es
menor, es un resultado significativo para las
condiciones en las que se desarrolló la
prueba.
5. Conclusiones
Este estudio muestra que la temperatura es
un factor importante para la degradación del
polietileno de acuerdo a los resultados de la
investigación realizada se corroboró la
eficiente degradación del Staphylococcus
sp. a temperatura de 37°C.
El Staphylococcus sp. no es muy eficiente
en cuanto a la biodegradación del LPDE en
temperatura de 15°C a partir del presente
estudio se deduce que estas bacterias
pueden degradar el polietileno en un
ambiente controlado. El polietileno de baja
densidad es uno de los más grandes
enemigos de la humanidad, en el presente
estudio se concluye que si podemos aplicar
estos al medio ambiente de una manera
controlada para mitigar la contaminación
ambiental. Por lo tanto, se necesitan más
estudios para confirmar la aplicación de los
microorganismos al medio ambiente.
Agradecimiento
A la Universidad Nacional de Huancavelica
a través del Vicerrectorado de Investigación
por haber financiado mediante el programa
presupuestal 066 para la realización de esta
investigación, también agradecemos a
nuestro asesor y docentes del proyecto: Dr.
José Eduardo Saldaña Diaz, Mg. Víctor
Guillermo Sánchez Araujo, Mg. Mabel
Yesica Escobar Soldevilla, Ing. Julio Daniel
Enríquez Quispe e Ing. Julio Cesar
Castañeda Dueñas por el apoyo
incondicional en el Laboratorio Central de la
Universidad Nacional de Huancavelica.
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