Las aguas residuales salinas que contienen altas cantidades de sal inorgánica se originan en empresas industriales, como empresas de procesamiento de mariscos y enlatadas de vegetales. En el caso del sector de procesamiento de productos del mar produce grandes volúmenes de aguas residuales salinas con una alta concentración de nutrientes y orgánicos, y convierte el 95% del agua que consume en aguas residuales contaminadas. Se pueden emplear varios métodos, por ejemplo, sistemas biológicos y fisicoquímicos para tratar efluentes salinos; sin embargo, las técnicas fisicoquímicas utilizan grandes cantidades de energía y sus costos de puesta en marcha y operación son elevados (Nguyen et al., 2018).
3. Reactores y biorreactores
A través de sistemas de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y PCR en tiempo real, que se pueden aplicar para la producción de metano utilizando reactor anaeróbico mediante el empleo de residuos vegetales como alimentación. Los resultados que se obtuvieron propusieron los nombres de las especies identificadas con los microorganismos hidrolíticos, por ejemplo, Bacillus subtilis y arqueas metanogénicas hidrogenotróficas como Methano culleus y Methano corpusculum de los microbios metanogénicos. (Jayamuthunagai et al., 2019). La evaluación de la operación de dos reactores por lotes secuenciales (SBR) el primero con biomasa granular y el segundo con biomasa en suspensión, ambos para la eliminación de materia orgánica y nitrógeno del efluente de la misma tenería. La evaluación de los SBR implicó estimar la tasa de utilización de los sustratos orgánicos y nitrogenados contenidos en las aguas residuales (AT) de curtiduría por parte de los SBR. Con el sistema de reactor de tanque agitado comple-tamente soportado por membrana, se proporcio-nan las condiciones adecuadas no solo para una alta producción de bioH2, sino también para la producción de permeado libre de sólidos con un contenido de ácidos grasos volátiles de hasta 29 765 mg L-1. Así, con el sistema innovador propuesto en este estudio, es posible establecer un modelo de planta adecuado para el concepto de biorrefinería (Akca et al., 2021).
La eliminación bioelectroquímica anaeróbica de nitrógeno se demostró en un reactor discontinuo anaeróbico equipado con un par de bioelectrodos polarizados. El reactor bioelectroquímico se operó en modo discontinuo secuencial después de inocular lodo activado y polarizar el electrodo a 0,6 V. El medio contiene amonio, nitrito, alcalinidad y minerales traza, pero no una fuente de carbono orgánico. Mediante la operación secuencial repetitiva, se mejoraron las eliminaciones simultáneas de amonio, nitrito y alcalinidad, y se confirmó la actividad electroquímica del lodo a granel a partir de los picos redox del voltamograma cíclico. Los sistemas de biodesulfuración que producen azufre elemental operados en condiciones haloalcalinas tienen una eficiencia de convertir sulfuro en azufre elemental en experimentos de laboratorio es cercana al 97% y los modelos sugieren que es posible una eficiencia del 98% (Plugge et al., 2020).
La parte restante del sulfuro se oxida biológicamente a sulfato o químicamente a tiosulfato. Estos compuestos son solubles y se acumulan en el sistema causando una disminución del pH que tiene un impacto negativo porque se requiere un pH alto (> 8,5) para una absorción eficiente del gas de sulfuro de hidrógeno. Para solucionar este problema, se elimina parte del contenido líquido del sistema, generando una corriente de purga con alto pH y alta salinidad y que contiene sulfato y tiosulfato (Ahmadizadeh et al., 2020; Augsburger et al., 2021). Mediante una técnica de encapsulación se preparó una cápsula desnitrificante especial que se diseñó de acuerdo con la teoría de la mala distribución de DO (oxígeno disuelto) para la nitrificación y desnitrificación simultáneas (SND) en un reactor aeróbico. Se investigó a los microorganismos metanotróficos se caracterizan por su capacidad para oxidar el metano. Los metanótrofos oxidan el metano usando metano, enzimas monooxigenasa (MMO) y genes de subunidades seleccionadas de los MMO más comunes. La expresión relativa de estos genes biomarcadores depende de proporciones cobre-biomasa. Relaciones cuantitativas derivadas empíricamente entre metano cantidades de transcripción de biomarcadores de oxidación y la actividad metanotrófica podrían facilitar determinación de las tasas de oxidación del metano (Tentori & Richardson, 2020).
Los biorreactores fluidos en entornos de microgravedad pueden utilizar métodos alternativos de contención y mezcla. La gota de corte anular (RSD) es un dispositivo de mezcla sin recipiente que funciona en microgravedad utilizando la tensión superficial para la contención y mezcla a través de un flujo impulsado inter facialmente. Los resultados en esta investigación demostraron que el KEV puede facilitar el crecimiento de E. coli y esa tasa de crecimiento aumenta logarítmicamente con el aumento de la tasa de rotación del filo de la navaja, similar al método de crecimiento estándar en la Tierra (agitador orbital). Además, se demostró que el KEV es viable para apoyar la expresión de proteínas recombinantes en E. coli a niveles comparables a los alcanzados usando métodos de crecimiento estándar (Adam et al., 2020).
Los efluentes de la industria alimentaria generan problemas de contaminación debido a las altas concentraciones de DQO y DBO. En comparación con otras divisiones industriales, la industria alimentaria requiere grandes cantidades de agua. Joudah & Racoviteanu (2019) utilizaron membra-nas de fibras huecas sumergidas bajo vacío. Se llevaron a cabo dos fases de tratamiento del biorreactor con diferentes TRH (2-8) y (2-24) h.
Cho et al. (2018) utilizaron un biorreactor de membrana cerámica anaeróbica (AnCMBR) para la gestión conjunta de varios sustratos orgánicos. Como resultado, el flujo de agua (≥ 6,9 LMH) y la eficiencia de eliminación de materia orgánica (≥ 98%) se mantuvieron por encima de los 25 °C.
4. Ozono y remediación de aflatoxinas
Hay muy pocas investigaciones en los últimos años sobre los tratamientos de degradación de aflatoxinas con ozono y remediación ultravioleta UV, ya que en los últimos años se han realizado diversos estudios como alternativas de solución a este problema:
El tratamiento con ozono ha ganado especial interés como una tecnología de procesamiento de alimentos no térmica, rentable y ecológica. ozono (O3) es una forma alotrópica de oxígeno y un poderoso agente oxidante que se disocia naturalmente al liberar el tercer átomo de oxígeno.
Torlak et al. (2016) evaluaron la eficacia del ozono gaseoso para la degradación de la aflatoxina B 1 (AFB 1) y la inactivación de la microflora autóctona en la alimentación de las aves. Las muestras de alimentación se trataron con un flujo continuo de dos concentraciones constantes diferentes (2,8 y 5,3 mg/l) de ozono a temperatura ambiente hasta 240 min. El AFB inicial 1el nivel en muestras de alimentos contaminados artificial-mente, determinado como 32,8 μg/kg, disminuyó en un 74,3% y 86,4% después de 240 min de exposición a 2,8 y 5,3 mg/L, respectivamente.
Agriopoulou et al. (2016) estudiaron la degrada-ción de las aflatoxinas AFB1, AFB2, AFG1 y AFG2 tras el tratamiento de sus soluciones en agua triplemente destilada con ozono y se probó la capacidad del ozono, incluso en bajas concentraciones, para degradar las aflatoxinas. Se aplicaron concentraciones de ozono de 8,5, 13,5, 20, 25 y 40 ppm a diferentes temperaturas sobre soluciones de aflatoxinas en agua triplemente destilada de 10 ppb y 2 ppb y se observó la completa y rápida eliminación de AFB1 y AFG1 mientras que AFB2 y AFG2 permanecen más o menos estable.
Khoori et al. (2020) aplicaron técnicas de ozonización, radiación ultravioleta y campo eléctrico pulsado sobre la eliminación de Aflato-xinas totales (AF) y AFM1 en leche probiótica (leche Acidophilus). Los resultados mostraron un efecto significativo y sinérgico en todas las variables independientes en la reducción de las cantidades de AFM1 y AF total en la leche acidófila.
Geng et al. (2018) emplearon el método de trazado de rayos para optimizar el diseño de los componentes ópticos (como la remodelación de lentes delgadas para la fuente de luz y la recolección de fluorescencia), la estructura óptica y la geometría de la celda de flujo. Se utilizó un LED UV ordinario a 370 nm y 5 mW como fuente de luz de excitación y un amplificador fotoeléctrico con sensibilidad a la luz de 10−5 ∼ 10−4 lx para la detección de fluorescencia, en lugar de un tubo fotomultiplicador (PMT). El límite de detección más bajo (LOD) del LED-IF fue de 0,077 ppb para la aflatoxina B1 por método HPLC sin derivatización. Se utilizaron barridos de iones de producto LC-MS para identificar y semicuantificar productos fotodegradados de AFB 1 y AFM 1. La radiación UV redujo significativamente las aflatoxinas (p < 0,05). En comparación con el control, la exposición máxima a los rayos UV-A redujo la AFB1 y concentraciones de AFM1 a 78,2 ± 2,36% (a 836 mJ/cm2) y 65,7 ± 1,65% (a 857 mJ/cm2), respectivamente. Demostraron que el aumento de la dosis de UV-A disminuyó la citotoxicidad inducida por aflatoxinas en las células HepG2, y no se observó citotoxicidad significativa inducida por aflatoxinas con la irradiación UV-A más alta de 777 (AFB 1), 838 (AFM 1) y 746 (AF totales) mJ/cm2 (Kurup et al., 2022).
Avdeeva et al. (2020) realizaron investigaciones sobre los efectos del producto biológico Biofit-3 en la microflora patógena formada en el grano de trigo. La desinfección del grano mediante una preparación biológica se llevó a cabo en la siguiente secuencia: la preparación biológica se agitó completamente hasta que se disolvió el precipitado. La solución del producto biológico se distribuyó uniformemente en la masa de grano con ayuda de una bomba dosificadora. Asimismo, se realizaron los experimentos sobre los efectos combinados del producto biológico con el ozono.
Entre otros tratamientos para eliminar AFB1, Wang et al. (2016) realizaron un tratamiento con luz pulsada (0,52 J/cm2/pulso) en arroz durante 80 s reduciendo así AFB1 y AFB2 en un 5,0% y 39,2%, respectivamente; mientras que un tiempo de tratamiento de 15 s redujo AFB1 y AFB2 en salvado de arroz en un 90,3% y 86,7%, respectivamente. Según He et al., (2021) tras una revisión bibliográfica determinó que las vías de degradación de AFB1 varían según las diferentes condiciones del tratamiento UV. Una vez identificados los productos fotodegradables, se puede realizar una prueba de Ames o un ensayo de citotoxicidad para determinar la toxicidad.
Brito et al. (2019) aplicaron un biorreactor de membrana donde se inoculó con 10 g L-1 de levadura de panadería comercial y se operó a un tiempo de retención hidráulica de 48 h y pH de 3,5. La demanda específica de aire basada en el área de la membrana (SADm) se mantuvo en 0,6 metros 3 h-1 m-2. El MBRy logró demanda química de oxígeno (DQO), color, NH3, y remoción de sustancias húmicas del 68, 79, 68 y 50%, respectivamente. La levadura de panadería comercial demostró ser una excelente fuente de inóculo para MBR, ya que la MBRy mostró una buena eficiencia de eliminación de materia orgánica, nitrógeno y fósforo.
Shu et al. (2019) adoptaron perlas magnéticas modificadas con anticuerpo monoclonal de ratón (McAb) para capturar y enriquecer la micotoxina. Se utilizó radiación UV a 365 nm para inducir la mejora de la emisión fluorescente (FL) del AFB1 capturado con una reacción de adición. Se recogió la señal FL del derivado a 435 nm para cuantificar AFB1. Se mostró un amplio rango de detección de 1,0 a 1000 ng mL- 1, con un límite de detección bajo de 0,21 ng mL-1 (3σ) y permite detectar AFB1 en medicamentos a base de hierbas, incluidos Astragalus membranaceus y Salvia miltiorrhiza, con valores de recuperación aceptables de 95,4 a 107,7%.
5. Retos actuales y futuros
La creación de biorreactores tratados con ozono y UV en la remediación de aflatoxinas B1 y moho es muy prometedor, ya que es un problema que está afectando tanto a los productores de cereales (arroz, maíz, entre otros) como también a los consumidores, las empresas procesadoras reducirían en su totalidad la cantidad de productos contaminados y serían menos peligrosos para los consumidores. Los tratamientos con microorga-nismos inmovilizados con hidrogel son atractivos para una variedad de aplicaciones en biotecno-logía (Figura 2). Los polisacáridos naturales (p.e. alginatos) y los polímeros sintéticos han adquirido un papel destacado en las técnicas de encapsulación empleando reactores podría ser una alternativa de solución a muchos problemas relacionados con aguas residuales.
En la Figuras 3 se muestran 5 cluster que podrían tener relaciones comunes en este tema, cluster 1 (color rojo) relacionado a tratamiento de aguas residuales; cluster 2 (color violeta) relacionado a comunidades microbianas; cluster 3 (color azul) relacionado a los biorreactores; cluster 4 (color verde) relacionado a ensuciamiento de las membranas; y cluster 5 (color amarillo) relacionado a modelación. Esto nos permite conocer las principales temáticas que abarca el estudio de la biotecnología en el tratamiento de la remediación de aflotoxinas.
6. Conclusiones
Se investigaron los efectos de los biorreactores en el tratamiento con ozono y UV en la remediación de aflatoxinas lo cual cabe resaltar que estas toxinas representan un alto riesgo para la salud pública ya que son un fuerte carcinógeno o cancerígeno para los humanos y mutagénico (efecto ADN) para las bacterias. Es por ello que se debe tener cuidado ya que, debido a la toxicidad de las aflatoxinas, existen regulaciones estrictas para las aflatoxinas en muchos alimentos, aunque difieren en diferentes países.
Una de las ventajas de la aplicación de ozono en el procesamiento de alimentos es que se puede producir in situ y, a diferencia de los desinfectantes químicos convencionales, no requiere transporte ni almacenamiento. En diversos estudios también se demostró que es posible mantener la actividad hidrolítica del reactor por largos períodos cuando se utiliza fluido ruminal como inóculo. La hidrólisis de biomasa de microalgas con fluido ruminal resultó en altas eficiencias de hidrólisis (hasta 70%).
Se necesitan más estudios sobre alternativas de solución para la degradación y desinfección en productos contaminados por aflatoxinas.
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