RESUMO
Resumen La actividad cafetalera en Costa Rica procesa aproximadamente 69.000 toneladas de café mediante la técnica de beneficiado húmedo. Esta actividad conlleva un alto impacto ambiental debido a la generación de8Lde agua residual/kg de café oro producido. El presente trabajo tiene como objetivo utilizar el agua residual del procesamiento de café como sustrato en celdas combustibles microbianas (CCM), con el propósito de generar energía eléctrica a través de su uso y, a la vez, disminuir la carga orgánica del residuo. La CCM empleó un cátodo modificado con ftalocianinas de hierro (FePc), generó una eficiencia coulómbica de 0,7% y una densidad de potencia de 89 UW/ cm2 en un ciclo de operación de cinco días. Además, se determinó que la CCM disminuye la demanda química de oxígeno (DQO) del residuo hasta en 27% bajo las condiciones de operación nativas del sustrato, a temperatura ambiente, sin mediadores químicos para la reacción anódica y con el uso de electrodos de platino para el cátodo. El estudio confirma la oportunidad de emplear el sustrato con una flora microbiana nativa apta para la operación de la tecnología de la CCM, y así perfilar el dispositivo como una opción novedosa para el tratamiento de este residuo en Costa Rica.
Abstract In Costa Rica coffee production is the most traditional agroindustrial activity, each year approximately 69,000 tons of coffee are processed through the technique of wet processing. The process has a high environmental impact since it generates eight liters of wastewater/kg of produced coffee. Consequently, the main goal of this research was to evaluate the electric generation of a Microbial Fuel Cell (MFC) with two chambers, using coffee wastewater as a substrate, which would generate a sustainable solution with an added economic value to this waste in Costa Rica. The MFC with a cathode modified with iron phthalocyanines (FePc) generated a coulombic efficiency of 0.7% and a power density of 89 -uW/cm2 in a 5-day operation cycle. In addition, it was determined that the MFC decreases the COD of the waste by up to 27% under native substrate conditions, without the use of high temperatures, or chemical mediators for the anodic reaction and platinum electrodes for the cathode chamber. The efficiency of the device can be improved with changes at design level that reduce the ohmic internal resistance and improve electrical generation, the study confirms the potential of the substrate with a native microorganism suitable for the use of MFC technology, shaping the device as a novelty option for the treatment of the waste in Costa Rica.
Resumo A indústria do café na Costa Rica processa cerca de 69 000 toneladas de café por meio da técnica de moagem úmida, o que acarreta um alto impacto ambiental devido à geração de 8 L de água residual / kg de café dourado. O objetivo deste trabalho era usar águas residuais do processamento do café como substrato em Células de Combustível Microbianas (CCM) a fim de gerar energia elétrica por meio do seu aproveitamento e ao mesmo tempo reduzir a carga orgânica do resíduo. CCM usando cátodo modificado com ftalocianinas de ferro (FePc) gerou uma eficiência coulômbica de 0,7% e uma densidade de potência de 89 uW/cm2 em um ciclo operacional de cinco dias. Além disso, foi determinado que o CCM reduz a Demanda Química de Oxigénio (DQO) do resíduo em até 27% nas condições nativas de operação do substrato, à temperatura ambiente, sem mediadores químicos para a reação anódica e com a utilização de eletrodos de platina para o cátodo. O estudo confirma a oportunidade de utilizar o substrato com flora microbiana nativa adequada para o funcionamento da tecnologia CCM e, assim, delinear o dispositivo como uma nova opção para o tratamento desses resíduos na Costa Rica.
RESUMO
Se estima que aproximadamente 100 trillones de microorganismos (incluidos bacterias, virus y hongos) residen en el intestino humano adulto y que el total del material genético del microbioma es 100 veces superior al del genoma humano. Esta comunidad, conocida como microbioma se adquiere al momento del nacimiento a través de la flora comensal de la piel, vagina y heces de la madre y se mantiene relativamente estable a partir de los dos años desempeñando un papel crítico tanto en el estado de salud como en la enfermedad. El desarrollo de nuevas tecnologías, como los secuenciadores de próxima generación (NGS), permiten actualmente realizar un estudio mucho más preciso de ella que en décadas pasadas cuando se limitaba a su cultivo. Si bien esto ha llevado a un crecimiento exponencial en las publicaciones, los datos sobre las poblaciones Latinoamérica son casi inexistentes. La investigación traslacional en microbioma (InTraMic) es una de las líneas que se desarrollan en el Instituto de Medicina Traslacional e Ingeniería Biomédica (IMTIB). Esta se inició en 2018 con la línea de cáncer colorrectal (CCR) en una colaboración con el Colorectal Cancer Research Group del Leeds Institute of Medical Research en el proyecto Large bowel microbiome disease network: Creation of a proof of principle exemplar in colorectal cancer across three continents. A fines de 2019 se cumplió el objetivo de comprobar la factibilidad de la recolección, envío y análisis de muestras de MBF en 5 continentes, incluyendo muestras provenientes de la Argentina, Chile, India y Vietnam. Luego de haber participado de capacitaciones en Inglaterra, se ha cumplido con el objetivo de la etapa piloto, logrando efectivizar la recolección, envío y análisis metagenómico a partir de la secuenciación de la región V4 del ARNr 16S. En 2019, la línea de enfermedad de hígado graso no alcohólico se sumó a la InTraMic iniciando una caracterización piloto en el marco de una colaboración con el laboratorio Novartis. Los resultados de ese estudio, así como el de cáncer colorrectal, están siendo enviados a publicación. En 2020, con la incorporación de la línea de trasplante alogénico de células progenitoras hematopoyéticas, fue presentado un proyecto para un subsidio del CONICET que ha superado la primera etapa de evaluación. En el presente artículo se brinda una actualización sobre la caracterización taxonómica de microbioma y se describen las líneas de investigación en curso. (AU)
It is estimated that approximately 100 trillion microorganisms (including bacteria, viruses, and fungi) reside in the adult human intestine, and that the total genetic material of the microbiome is 100 times greater than that of the human genome. This community, known as the microbiome, is acquired at birth through the commensal flora of the mother's skin, vagina, and feces and remains relatively stable after two years, playing a critical role in both the state of health and in disease. The development of new technologies, such as next-generation sequencers (NGS), currently allow for a much more precise study of it than in past decades when it was limited to cultivation. Although this has led to exponential growth in publications, data on Latin American populations is almost non-existent. Translational research in microbiome (InTraMic) is one of the lines developed at the Instituto de Medicina Traslacional e Ingeniería Biomédica (IMTIB). This started in 2018 with the Colorectal Cancer Line (CRC) in a collaboration with the Colorectal Cancer Research Group of the Leeds Institute of Medical Research in the project "Large bowel microbiome disease network: Creation of a proof of principle exemplar in colorectal cancer across three continents". At the end of 2019, the objective of verifying the feasibility of collecting, sending and analyzing MBF samples on 5 continents, including samples from Argentina, Chile, India and Vietnam, was met. After having participated in training in England, the objective of the pilot stage has been met, achieving the collection, delivery and metagenomic analysis from the sequencing of the V4 region of the 16S rRNA. In 2019, the non-alcoholic fatty liver disease line joined InTraMic, initiating a pilot characterization in the framework of a collaboration with the Novartis laboratory. The results of that study, as well as that of colorectal cancer, are being published. In 2020, with the incorporation of the allogeneic hematopoietic stem cell transplantation line, a project was presented for a grant from the CONICET that has passed the first stage of evaluation. This article provides an update on the taxonomic characterization of the microbiome and describes the lines of ongoing research. (AU)
