Uso potencial del rastrojo de tomate como sustrato para el cultivo de Pleurotus spp.

Potential use of tomato stubble as substrate for Pleurotus spp. cultivation

Alfonso Sánchez¹, Martín Esqueda^{1 *}, Rigoberto Gaitán–Hernández², Alejandra Córdova³, Martha L. Coronado³

¹ Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C., Apartado Postal 1735, Hermosillo, Sonora, México, 83000.

² Instituto de Ecología, A.C. Apartado Postal 63, Xalapa, Veracruz, México, 91000.

*Autor para correspondencia:
esqueda@ciad.mx

Recibido 6 de agosto 2008
Aceptado 10 de noviembre 2008

Abstract

Mexico produces approximately 14.4 x 10⁶ tons of tomato stubble per year (RT) most of it being discarded. This study evaluated the production of P. pulmonarius (IE–4) and P. ostreatus (IE–8), by solid state fermentation (FS) of RT in combination with vineyard prunings (MV) or wheat straw (PT); mixtures were: RT (1:0), RT–MV (1:1) and RT–PT (1:1). Biological efficiency (EB), production rate (TP), yield (R) and chemical changes in the substrate after harvesting were determined. EB varied from 92.0 to 139.8 %, with the highest value in RT (IE–4); TP from 1.4 to 2.9% and R from 6.4 to 9.8%. Bioconversion oscillated between 57.7 and 63.9 %, with the highest value in RT–PT (IE–8). Substrate crude protein and total fat contents decreased significantly in all treatment, after FS with Pleurotus, except RT–PT (IE–4), in which fat concentration was similar to controls. Ash content ranged from 10.7 to 18.2 % and the C:N ratio increased between 11.4 and 32.4 %, compared to controls. RT showed potencial as a lignocellulosic source for Pleurotus spp. cultivation.

Resumen

México produce aproximadamente 14.4 x 10⁶ ton/año de rastrojo de tomate (RT) y la mayoría se desecha. En este estudio se evaluó la producción de P. pulmonarius (IE–4) y P ostreatus (IE–8), a través de la fermentación sólida (FS) de RT y de una combinación con madera de vid (MV) y paja de trigo (PT); las proporciones fueron: RT (1:0), RT–MV (1:1) y RT–PT (1:1). Se determinó la eficiencia biológica (EB), tasa de producción (TP), rendimiento (R) y cambios químicos de los sustratos después de la cosecha de hongos. La EB varió de 92.0 a 139.8 %, con el valor mayor en RT (IE–4); la TP de 1.4 a 2.9 % y el R de 6.4 a 9.8 %. La bioconversión osciló entre 57.7 y 63.9 %, con el valor más alto en RT–PT (IE–8). El contenido de proteína cruda y grasa total de los sustratos, disminuyeron significativamente en todos los tratamientos, después de la FS con Pleurotus, con excepción de RT–PT (IE–4), donde la concentración de grasa fue similar al testigo. El contenido de minerales totales fluctuó de 10.7 a 18.2 % y la relación C:N se incrementó entre 11.4 y 32.4 %, con respecto al testigo. El RT mostró potencial como fuente lignocelulósica para el cultivo de Pleurotus spp.

Palabras clave: Setas, desechos de tomate, fermentación sólida.

Introducción

En los últimos años se ha encontrado que sólo ciertos hongos degradan lignina disminuyendo a la vez la concentración de compuestos fenólicos (Sánchez et al., 2002). Dentro de este reducido grupo de hongos destaca Pleurotus spp., por su capacidad para degradar lignina selectivamente, sacarificar e hidrolizar celulosa, aumentar la digestibilidad de los sustratos y producir cuerpos fructíferos de buena calidad nutritiva (Zadrazil et al., 2004). Esta especie se ha convertido en el tercer hongo más consumido a nivel mundial después del champiñón y shiitake (Beelman et al., 2003).

La producción mundial de Pleurotus se estima en 1 x 10⁶ ton/año (Martínez–Carrera et al., 2007), mientras que la producción en México fue de 4,380 ton en 2002 (Lahman y Rinker, 2004) y se incrementó a más de 5,000 ton desde 2005 (Gaitán–Hernández et al., 2007). Lo anterior obedece principalmente a su capacidad para crecer sobre una diversidad de desechos agroindustriales y bajo costo de producción, sobre todo comparado con el champiñón. El género se caracteriza por su alto contenido de proteína y buen sabor, el cual supera a muchos otros alimentos. El hongo contiene de 8.9 a 38.7 g/100 g de proteína en peso seco, con todos los aminoácidos esenciales; vitaminas como tiamina, riboflavina, niacina y ácido ascórbico; minerales como calcio y fósforo. Aunque el contenido de lípidos es relativamente bajo, presenta ácidos grasos esenciales como el ácido linoléico (Mendivil–Salmón et al., 2001). Así mismo sus propiedades medicinales sobre la regulación de la presión arterial y la reducción del nivel de colesterol y desórdenes nerviosos, han favorecido su consumo (Beelman et al., 2003).

Por otra parte, en los últimos años el cultivo de tomate bajo condiciones protegidas se ha incrementado notablemente en el noroeste de México, ya que esta tecnología permite su producción todo el año y la cercanía con Estados Unidos ofrece una excelente oportunidad de comercialización. Derivado de esta actividad se generan alrededor de 14.4 x 10⁶ ton/año de rastrojo de tomate, el cual es prácticamente inutilizado y contamina el medio ambiente. Una alternativa para el reciclaje de estos residuos podría ser a través del cultivo de Pleurotus spp., ya que usa su sistema ligninolítico para la bioconversión de desechos agrícolas en proteína comestible. Esto ha permitido el aprovechamiento de diversos materiales agroindustriales (Pérez–Merlo y Mata, 2005; Vega et al., 2005). Por ello, el objetivo de este trabajo fue evaluar el potencial del rastrojo de tomate como fuente lignocelulósica para el cultivo de Pleurotus.

Materiales y métodos

Cepas

Se estudiaron dos cepas: Pleurotus pulmonarius (Fr.) Quél. (IE–4) y P. ostreatus (Jacq.: Fr.) Kumm. (IE–8), donadas por el Instituto de Ecología, A.C. (Xalapa, Veracruz). Ambas cepas se mantuvieron en extracto de malta con agar (EMA) (BIOXON, E.U.A.) a 28 ± 1 °C en completa oscuridad.

Condiciones para medir el crecimiento micelial

Los sustratos se procesaron en un molino Thomas–Wiley modelo 4, con una criba de 2 mm; se hidrataron durante 24 h hasta alcanzar un contenido de humedad entre 65 y 75%, posteriormente los materiales se esterilizaron por 1 h a 121 °C y 15 lb de presión. En cajas Petri (90 mm Ø) se colocaron 6.5 g húmedos de cada una de las mezclas evaluadas y se inocularon con implantes de 0.6 cm (Ø) con micelio desarrollado de cada cepa e incubaron a 28 ± 1 °C en oscuridad. Durante el periodo de incubación, se midió el diámetro micelial logrado (mm) cada 2 días, hasta que los micelios cubrieron por completo la superficie del sustrato. Se consideró como velocidad de crecimiento (VC) al periodo en días para que el micelio cubriera el sustrato. Para ello se trazaron 2 ejes cartesianos sobre la tapa de la caja, tomando como intersección el centro del implante.

Fructificación de Pleurotus

El rastrojo de tomate (Lycopersicum esculentum L.) (RT), la madera de vid (Vitis vinifera L.) (MV) y la paja de trigo (Triticum aestivum L.) (PT) se fragmentaron en un molino con una criba de 0.9 cm. Se prepararon tres mezclas en las siguientes proporciones: RT (1:0), RT–MV (1:1) y RT–PT (1:1), las cuales se hidrataron dejando remojar en agua por un periodo de 18h hasta que el sustrato alcanzara un contenido de humedad de ~70 %. Se colocaron 500 g de sustrato (base seca) en bolsas de polipapel de 40 x 60 cm y se esterilizaron a 121 °C por 2 h. Después de enfriarse, a las muestras se le aplicó 5 % de inóculo (w/w) e incubaron en oscuridad a 28 ± 1 °C. El inóculo se elaboró con semillas de sorgo (Sorghum bicolor L. Moench) de acuerdo a la metodología descrita por Gaitán–Hernández et al. (2002). Cuando el micelio cubrió el sustrato, a las muestras se les retiró el plástico. La temperatura del cuarto de cultivo se redujo a 25 ± 1 °C y la humedad relativa se mantuvo entre 85 y 95 %, con un fotoperiodo de 12 h luz.

La productividad de cada una de las mezclas se evaluó con base en la eficiencia biológica (EB), rendimiento (R) y la tasa de producción (TP). Se consideró el periodo de producción (PP) (Sánchez, 2001), número de cosechas y tamaño de los hongos producidos, esto último con base en el diámetro del píleo: Chicos (Ch): <5 cm, Medianos (M): 5–10 cm y Grandes (G): >10 cm. La bioconversión (B) se determinó por la pérdida del peso seco del sustrato después de la cosecha de los cuerpos fructíferos (Sánchez et al., 2002).

Composición química del sustrato

Análisis estadístico

Se realizó un análisis de varianza de un diseño completamente al azar con arreglo factorial de dos vías (cepas vs. mezclas), para cada una de las variables estudiadas y cuando existió diferencia significativa, se aplicó una comparación de media de rangos múltiples de Tukey con un nivel de significancia de ρ<0.05, aplicando el paquete estadístico SAS (1994). Todas las observaciones se realizaron por quintuplicado.

Resultados y discusión

Velocidad de crecimiento micelial

La mayor velocidad de crecimiento se registró en el RT (IE–4) y en la mezcla RT–PT (IE–8 e IE–4), requiriendo de 9 d de incubación para cubrir la superficie del sustrato en la caja Petri, mientras que en el sustrato de RT (IE–8) y en la mezcla de RT–MV (IE–8 e IE–4) se requirieron de 11 d. Este crecimiento fue superior al obtenido por Baca–Cota et al. (2005), quienes citaron un crecimiento micelial de 2.5 cm (IE–8) y 3.9 cm (IE–4) en EMA a los 6 d de incubación. Estos resultados sugieren que las mezclas utilizadas son una buena fuente de nutrimentos para las cepas evaluadas. Aunque un crecimiento micelial rápido no corresponde necesariamente a una mayor producción de cuerpos fructíferos, ya que los requerimientos nutritivos varían según las etapas del cultivo (Oei, 1991), coadyuva a definir el potencial del sustrato y proceder a evaluaciones más precisas.

Producción de cuerpos fructíferos

En la Tabla 1 se observa la producción promedio de hongos frescos por tratamiento, la cual varió significativamente de 460 g en RT–PT (IE–4) a 699 g en RT (IE–4). El número de cosechas obtenidas durante el ciclo de producción fue de una para la cepa IE–8 y de tres para la IE–4; así como un periodo de producción de 40 y 72 d, respectivamente. Estos tiempos son mayores a los registrados por Mandeel et al. (2005), con tres especies de Pleurotus cultivadas sobre papel, cartón y fibra de Bromus fasiculatus L., con 18, 20 y 35 d para la obtención de la primera cosecha respectivamente. Royse et al. (2004) observaron un tiempo de producción entre 21 y 30 d con Pleurotus cornucopiae cultivado en cascarilla de algodón con paja de trigo y zacate (Panicum virgatum L.) suplementados con caldos nutritivos Campbell's en concentraciones entre 0 y 9 %. El periodo largo registrado en el presente estudio se debió a que no se observó la formación de primordios en ninguno de los tratamientos, por lo que se proporcionó un tiempo arbitrario de 35 d para asegurar la completa colonización del sustrato.

El tamaño chico (Ch) del píleo fue predominante en los hongos cosechados (Tabla 1), con un 55.1 % en RT (IE–4) y 72.4 % en RT (IE–8). El diámetro M varió entre 22.8 % RT (IE–8) y 43.1 % RT (IE–4), mientras que la talla G osciló entre 1.8 % RT (IE–4) y 13.5 % RT–PT (IE–8). Por su parte, Mata y Gaitán–Hernández (1995) obtuvieron mayoritariamente hongos medianos con la cepa IE–8 cultivada en hojas de caña de azúcar, mientras que los hongos de tamaño chico representaron el 42.7 % y los grandes, el 2.7 %.

Se observó una diferencia significativa en la TP (ρ<0.05) (Tabla 2). Los valores más altos se obtuvieron en los sustratos inoculados con la cepa IE–8, siendo el mayor en RT (2.9 %), seguido por RT–MV (2.8 %) y el menor, la mezcla RT–PT (2.7 %). Los valores de la cepa IE–4 variaron de 1.4 a 2.9 % en la mezcla RT–PT y RT, respectivamente. Esta diferencia entre tratamientos se debió a que la cepa IE–8 tuvo un ciclo productivo de 40 d, mientras que la IE–4 fue de hasta 72 d. Los valores de TP son superiores a los obtenidos por Pérez–Merlo y Mata (2005), quienes citan una TP entre 0.63 y 1.13%, al inocular 19 cepas de Pleurotus spp. en viruta de pino y paja de cebada. Una TP alta indica una elevada EB en un ciclo corto de producción, desde la inoculación hasta la última cosecha.

Por otra parte, hubo una diferencia significativa en el R entre los tratamientos (ρ<0.05), los cuales fluctuaron de 6.4% RT–PT (IE–4) a 9.8 % RT (IE–4) (Tabla 2). Estos valores son superiores a los obtenidos por Sánchez (2001) de 3.3 a 5.7 % al cultivar la cepa IE–8 en diferentes mezclas de madera de vid y orujo de uva.

La pérdida de peso en las distintas mezclas después de la fructificación fue significativa (ρ<0.05) (Tabla 2). La mezcla RT–PT presentó la mayor B, con un 63.9 y 63.1 % para la cepa IE–8 e IE–4, respectivamente; seguido por el RT inoculado con la cepa IE–8 (61.5 %) e IE–4 (61.2 %). Al comparar la B de los sustratos con la EB, se observa que la asimilación de nutrientes es más eficiente en el RT, seguida por la mezcla RT–MV y RT–PT. Sánchez et al. (2002) encontraron una B entre el 16.7 y 38.9 % al inocular tres especies de Pleurotus sobre cinco mezclas de madera de vid y orujo de uva. Hernández–Ibarra et al. (1995) registraron una B del 63.25 % al inocular la cepa IE–8 sobre pulpa de café. Existe una estrecha correlación entre la pérdida de materia seca y la producción de hongos, ya que parte de la MS se emplea para la formación de cuerpos fructíferos (Rajarathnam y Bano, 1989).

Composición química del sustrato

El estudio de los cambios que experimenta el sustrato durante el cultivo es de suma importancia, para dilucidar las necesidades del hongo en su desarrollo y a nivel comercial, coadyuvaría a elevar la producción en periodos más cortos.

El contenido de humedad fue similar entre las mezclas control: 8.6, 8.6 y 7.5 % en RT, RT–MV y RT–PT, respectivamente, y disminuyó significativamente después de la fructificación (ρ<0.05). Para la cepa IE–4, el porcentaje de humedad disminuyó a 6.7, 6.6 y 6.3 % en las mezclas de tomate, tomate–trigo y tomate–vid, respectivamente. La humedad de los sustratos inoculados con la cepa IE–8 se redujo a 6.4 % en la mezcla tomate–vid, 5.8 % en el sustrato formado por tomate–trigo y 5.4 % en el rastrojo de tomate. Youri et al. (2004) encontraron una pérdida de humedad del 60 al 12 % después de la fructificación de la cepa EM1 de P. ostreatus, inoculada sobre desechos de cocoa. Esta pérdida de agua se atribuye al proceso de colonización, metabolismo y absorción del hongo, así como a la evaporación del sustrato.

El contenido de proteínas se redujo significativamente después de la fructificación (ρ<0.05) (Tabla 3). Al comparar la producción de hongos con el contenido de proteína, se observó que la EB más alta (139.8 %) se produjo en el sustrato con mayor contenido de proteínas. Rajarathnam y Bano (1989) determinaron que el contenido de proteína en paja de arroz disminuyó un 53.0 %, después de la fructificación de P. flabellatus (=P. djamor). Esta reducción se debe a que el nitrógeno del sustrato es utilizado en la formación de cuerpos fructíferos.

Después de la fructificación, el contenido de extracto etéreo de los sustratos disminuyó significativamente (ρ<0.05) (Tabla 3). En RT se redujo un 62.5 %, con las cepas IE–8 e IE–4, mientras que en la mezcla RT–MV de 46.2 % (IE–8) a 69.2 % (IE–4). En la mezcla RT–PT también hubo un decremento del 33.3 % con la cepa IE–8 y contrariamente, con la cepa IE–4 un incremento equivalente. Esta misma tendencia en la disminución de grasas en los sustratos después de la fructificación de Pleurotus, fue observada por Sánchez et al. (2002) en madera de vid y orujo de uva inoculadas con las cepas IE–8, IE–115 y CCMC H–041. Parte del contenido de grasas se emplea en el metabolismo y formación del cuerpo fructífero del hongo (Chang y Miles, 2004).

Las mezclas tuvieron un contenido de minerales totales significativamente diferente (ρ<0.05) (Tabla 3). El sustrato RT–PT presentó el mayor contenido de cenizas (15.0 %), seguido por el RT (14.3 %) y la mezcla RT–MV (10.7 %). Después de la fructificación, en el RT no se observó un cambio significativo (p>0.05), solo una tendencia a la disminución de 0.8 % (IE–8) y 1.9 % (IE–4). En RT–MV se presentó una acumulación de minerales de 2.2 % (IE–8) y 3.2 % (IE–4). En RT–PT disminuyó un 1.5 % con la cepa IE–8 e incrementó un 3.2 % con la cepa IE–4. Montañez et al. (2008) encontraron una disminución de minerales totales del 4.2 % al inocular P. pulmonarius en paja de trigo. Contrariamente, Wiesche et al. (2000) observaron un incremento significativo del 13.8 % al inocular la cepa DSMZ 11191 de P. ostreatus sobre paja de trigo pasteurizada a diferentes temperaturas. Rajarathnam y Bano (1989) consideran que el contenido de minerales totales puede mostrar un incremento relativo cuando la materia orgánica es consumida en mayor proporción o permanecer sin cambios, cuando son asimilados en el desarrollo y fructificación del hongo.

Por otra parte, dada la importancia que tiene el carbono para la célula, este elemento es el que más se utiliza durante el crecimiento y desarrollo de Pleurotus, y puede ser asimilado a partir de diferentes fuentes como polímeros, carbohidratos y lípidos. Los valores de la relación C:N de las distintas mezclas antes y después de la fructificación se presentan en la Tabla 3. Se determinó una diferencia significativa entre los tratamientos, con un aumento en la relación C:N después de la fructificación. El RT mostró el mayor incremento, con un 33.5 % (IE–8) y 20.3 % (IE–4) y el menor, en RT–MV con 11.3 % (IE–8) y 13.2 % (IE–4). Estos valores concuerdan con lo citado por Sánchez et al. (2002), con cepas de P. ostreatus (CCMC H–041 e IE–8) y P. pulmonarius (IE–115) en mezclas con altos contenidos de madera de vid. Gupta et al. (1999) determinaron una disminución en la relación C:N después de incubar por 25 d P. sajor–caju en paja de cebada (25.6 %), bagazo de caña de azúcar (61.9 %) y hojas de plátano (57.1 %). Las variaciones pueden deberse a la cepa y el tipo de sustrato. El aumento está relacionado con la disminución del nitrógeno del sustrato durante la fructificación, indicando su utilización en mayor proporción que el carbono, para la formación de cuerpos fructíferos.

Los valores de producción obtenidos en el presente trabajo, indican que el RT tiene un alto potencial como fuente lignocelulósica para la producción de Pleurotus spp. La EB en RT se encuentra entre los valores más altos registrados en el cultivo de este hongo. Son necesarios ensayos adicionales que permitan encontrar los factores involucrados para reducir el ciclo de producción.

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