Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 3 (1): 10-22
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Universidad Autónoma de Baja California ISSN 2594-1925
Volumen 7 (3): e346. Julio-Septiembre 2024. https://doi.org/10.37636/recit.v7n3e346
ISSN 2594-1925
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Artículo de investigación
Biomateriales basados en micelio: prototipo de biotabique
en la región Bajío de México
Biomaterials based on mycelium: biotabique prototype from the
Bajío region of Mexico
Marco Antonio Vargas Romero1, Liliana Carolina Córdova Albores2, Carlos Ríos-Llamas3
1Universidad La Salle Bajío, Avenida Universidad 602, Lomas del Campestre, 37150, León de los
Aldama, Guanajuato, México
2Centro Universitario del Sur, Universidad de Guadalajara, Av. Enrique Arreola Silva 883, Colonia
Centro, 49000, Ciudad Guzmán, Jalisco, México.
3Facultad de Arquitectura y Diseño, Universidad Autónoma de Baja California, Blvd. Benito Juárez
S/N, Unidad Universitaria, 21280 Mexicali, Baja California, México
Autor de Correspondencia: Carlos Ríos-Llamas, Facultad de Arquitectura y Diseño, Universidad
Autónoma de Baja California, Blvd. Benito Juárez S/N, Unidad Universitaria, 21280 Mexicali, Baja
California, México. Correo electrónico: llamas@uabc.edu.mx. ORCID: 0000-0001-5274-6558.
Recibido: 18 de Abril del 2024 Aceptado: 8 de Julio del 2024 Publicado: 19 de Julio del 2024
Resumen. - Los biomateriales basados en micelio resultan del crecimiento de hongos en materiales
orgánicos como maderas y desechos agrícolas. Estos ofrecen una alternativa prometedora para el
desarrollo de nuevos materiales. En este trabajo se desarrollaron prototipos de biotabique basados en
micelio utilizando residuos orgánicos agrícolas tales como paja de cultivos que se obtienen de la
producción en León, Guanajuato. Las características macro y microscópicas de los hongos colectados,
así como las condiciones de luz, humedad y temperatura pueden influenciar el desarrollo del biotabique.
Otras condiciones para considerar son el proceso de secado del biomaterial obtenido.
Palabras clave: Biomateriales; Bioarquitectura; Bioconstrucción; Micelio.
Abstract. - Mycelium-based biomaterials are the result of cultivating fungi in organic materials, such as
agricultural waste. This presents a promising alternative for developing new materials. Our study focuses
on developing biobrick using mycelium prototypes and agricultural organic waste, specifically straw from
crops in León, Guanajuato. We found that factors like light, humidity, and temperature conditions can
influence the development of the biomaterial. Additionally, the drying process of the biomaterial, also be
taken into consideration.
Keywords: Biomaterials; Bioarchitecture; Bioconstruction; Mycelium.
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1. Introducción
La biodiversidad en la región del Bajío de
México favorece un variado microecosistema
debido a las diferencias climáticas y geográficas
[1]. Esta diversidad se manifiesta en el
crecimiento de microorganismos en una gran
heterogeneidad de flora.
En el caso de los hongos, para que proliferen se
requieren tres condiciones: sustrato, temperatura
entre 25 y 30 °C y humedad superior al 60%. La
utilización de hongos que pueden crecer en estas
condiciones se convierte en una oportunidad para
el desarrollo de alternativas que favorezcan al
mismo tiempo la protección ambiental y la
innovación en materiales para la construcción.
En el entorno de la ciudad de León se ha
presentado últimamente un problema de
crecimiento excesivo de hongos de diferentes
especies.
El Instituto Politécnico Nacional identificó
diversos agentes de daño en arbolado muerto en
zonas del estado de Guanajuato, como
Phytophthora cinnamomi, Pythium sp.,
Hypoxylon antropunctatum, Ganoderma sp.,
Armillaria sp., Apiognomonia quercina, el
muérdago enano (Phoradendron villosum),
barrenadores, defoliadores además de factores
abióticos como temperaturas bajas, falta de agua
y fuego [2].
Estos daños se observaron principalmente en
colonias de encinos, especialmente el Encino
Roble o Quercus rugosa, endémico escaso en el
municipio y abundante en el Parque
Metropolitano de León.
Las especies de hongos del género Ganoderma
se han identificado en encinos y alamillo
(Populus tremuloides) según estudios del
College of Agriculture, University of Arizona
[3]. Además, la región mexicana del Bajío es un
importante centro de agricultura protegida, con
1,482 hectáreas distribuidas en 29 municipios [4]
y en este trabajo, se aprovechan los desechos
agroindustriales de esta región, resultado de la
cosecha de primavera–verano donde, además, se
crean las condiciones ideales de temperatura y
humedad para el crecimiento de diversas
especies fúngicas.
La función del hongo en la conformación del
material es la base de esta investigación. El
hongo degrada la materia agroindustrial utilizada
como sustrato y, durante este proceso, el micelio
del hongo genera una red de filamentos que
actúan como un aglutinante natural. Estos
filamentos no solo consolidan el sustrato,
creando una estructura cohesiva y resistente, sino
que también confieren al material sus
propiedades mecánicas esenciales.
El proceso implica la inoculación de residuos
agroindustriales con micelio, que luego se incuba
bajo condiciones controladas de temperatura y
humedad.
A medida que el hongo coloniza el sustrato, sus
filamentos se extienden y entrelazan, formando
una matriz densa y sólida. Este biomaterial
resultante es moldeado y secado para obtener
bloques que pueden ser utilizados en
aplicaciones constructivas.
El micelio del hongo actúa como una especie de
pegamento natural, degradando el sustrato y
generando una red de filamentos que consolidan
el material y le dan sus propiedades mecánicas
esenciales.
En este estudio se recolectaron muestras en
cuatro puntos geográficos de la ciudad de León
con microclimas y flora distintos, lo que afecta el
crecimiento de los hongos.
Tanto la ciudad de León como la zona del Bajío
mexicano ofrecen condiciones ambientales
propicias para el crecimiento de diversos hongos
en condiciones de temperatura ambiente.
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En esta investigación se analizan estos hongos,
junto con la disponibilidad de sustrato reciclado
de los desechos agrícolas, para encontrar el
momento óptimo para la colonización del hongo.
La elección de estos recursos ecológicos y su
validación con pruebas biológicas de laboratorio
significa un avance importante para la
investigación del micelio y sus alcances para la
producción de biomateriales en México.
2. Antecedentes
La construcción de edificios es responsable de
aproximadamente el 50% de las emisiones
globales de gases de efecto invernadero
relacionadas con el uso de energía. La
urbanización mundial ha tenido un efecto directo
sobre el crecimiento económico, pero también
sobre el consumo de energía y las emisiones de
CO2 en todas las regiones [5].
Ante este escenario, se debe fortalecer la
investigación de biomateriales para identificar
los aspectos positivos de la urbanización en lo
económico y disminuir sus aspectos negativos en
cuanto a su influencia en el consumo de energía
y el deterioro ambiental [6].
Además, es necesario potenciar la búsqueda de
soluciones alternativas a las reservas de
materiales naturales, porque la industria de la
construcción consume cerca del 40% de la
piedra, arena y gravilla, el 25% de la madera y el
16% del agua utilizada en todo el mundo [7].
Los materiales de construcción tradicionales,
como el ladrillo y el concreto, contribuyen
significativamente a las emisiones de gases de
efecto invernadero debido a los altos niveles de
energía necesarios para la producción y los
materiales utilizados.
En América Latina se produce la mayor cantidad
de ladrillos con diferentes niveles de tecnología
y rentabilidad [8].
Los países de América Central y algunos otros
como Ecuador, Argentina y México son los que
mantienen la tecnología menos desarrollada para
la producción de tabiques y block de
construcción, de manera que las ladrilleras
emiten contaminantes que posicionan a la
industria de la construcción como la más
contaminante de todas.
En el caso de la ciudad de León en Guanajuato,
alrededor del 60% del material para construir
muros proviene de la actividad ladrillera que
utiliza hornos rudimentarios donde se cuecen los
materiales a partir de combustibles y basura
como aceites usados, llantas, textiles y plásticos.
En León, se producen mensualmente 5,771,250
ladrillos, pesando en promedio 3.92 kg cada uno,
lo que equivale a 16,056.63 toneladas de arcilla
cocida. Esto requiere un consumo mensual de
energía de 37,696,973.00 MJ con un alto factor
de consumo energético de 2,347.25 [9].
Según el inventario de Emisiones 2008,
Guanajuato tenía 2,362 hornos en operación en
37 municipios del estado [10]. Además, solo el
0.8% de los 2,362 hornos ladrilleros en el estado
de Guanajuato cumple con las regulaciones [9].
Algunos otros materiales utilizados en
construcción, como el poliestireno expandido
(EPS), plantean problemas debido a su alto
volumen de contaminantes y su bajo volumen de
reciclaje [11]. En México se consumen 125,000
toneladas de EPS al año, pero solo se recicla el
1%.
En la ciudad de León se ha desarrollado un plan
de manejo para reciclar EPS, aunque para 2024
sólo existe una empresa recicladora que maneja
este material, llamada Recuperadora de Plásticos
LAS ÁGUILAS, ubicada en la Colonia Las
Águilas.
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La ciudad de León, por su ubicación geográfica
y la industria de la región, proporciona las
condiciones ideales para el desarrollo de
biomateriales de micelio.
Por un lado, existe una gran cantidad de residuos
agrícolas que sirven como sustrato para el
crecimiento de hongos y por otro, las condiciones
bioclimáticas de la región como la temperatura y
la humedad son favorables para el crecimiento de
hongos de especies vegetales endémicas.
Este entorno permite el uso de materias primas
100 % locales, combinando residuos
agroindustriales con hongos, de manera que se
pueda generar un proceso sostenible como
alternativa para la industria de la construcción.
Aunque los biomateriales no pretenden sustituir
al mercado masivo de la industria porque la
ideología económica no está preparada, la
investigación y el desarrollo de sistemas
alternativos permite el avance en
experimentación y ensayos con materiales que
poco a poco se van incorporando en la
construcción desde su necesidad por la
sostenibilidad y el uso eficaz de los recursos
naturales disponibles en la región.
La principal novedad de este estudio radica en
varios factores clave. En primer lugar, se ratifica
la posible utilización de compuestos de micelio
para la industria de la construcción con respaldo
en la viabilidad del desarrollo del material en el
Bajío Mexicano.
En segundo lugar, se trata de un proceso de
experimentación que no incluye ningún tipo de
acelerante o aditivo; de manera que, a diferencia
de otras investigaciones en las que añaden
sustitutos de azúcares para acelerar el
crecimiento del micelio, en este estudio se optó
por utilizar únicamente el hongo y el sustrato de
desechos agroindustriales.
3. Material y métodos
La metodología consiste en 4 procedimientos: la
colecta de material fúngico; el aislamiento y
caracterización de las cepas fúngicas; la
determinación de condiciones óptimas para la
fabricación del material; y la fabricación de una
bioespuma con micelio.
3.1 Colecta de material fúngico
Se colectaron hongos con características
macroscópicas pertenecientes al género
Ganoderma en cuatro puntos de la ciudad de
León, Guanajuato, donde el desarrollo de los
mismos es abundante y las características de
humedad y temperatura fueron variables (Figura
1).
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Figura 1. Colecta de material fúngico en León, México, 2022.
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3.2 Aislamiento y caracterización de las cepas
fúngicas
El material colectado se colocó en agar papa y
dextrosa (PDA). Posteriormente fueron
incubadas a 25°C durante 5 días y,
posteriormente, se tomaron asadas de los cultivos
con apariencia fúngica, las cuales se sembraron
nuevamente en placas Petri con PDA y se
incubaron a 25°C durante 5 días adicionales. Esta
siembra se repitió hasta obtener los cultivos
fúngicos axénicos, con el propósito de obtener
una identificación taxonómica aproximada
basada en sus características morfológicas
macroscópicas (Figura 2).
Todos los materiales que tuvieron contacto con
los hongos, incluyendo los medios de cultivo,
fueron esterilizados a 121 °C, 15 psi durante 15
minutos para eliminar cualquier contaminación
en los cultivos fúngicos. Una vez purificados los
micelios, se tomaron muestras para observar sus
características microscópicas.
Figura 2. Diagrama de proceso de purificación.
3.3 Determinación de condiciones óptimas para
la fabricación del material
La fabricación consistió en utilizar como sustrato
base, residuos agroindustriales, los cuáles se
inocularon con los cultivos fúngicos previamente
preparados. Se sometieron a distintas
temperaturas, humedades y sustratos para
determinar el mejor conjunto de condiciones con
la finalidad de obtener la mayor producción de
biomasa, y así obtener un biomaterial con
propiedades de interés para la industria de la
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construcción en León Guanajuato. Para ello se
prepararon los inóculos de las dos cepas fúngicas
que mostraron mejor desarrollo en frascos de
vidrio con medio PDB, y se dejaron crecer
durante 5 días a temperatura ambiente con
agitación constante. Adicionalmente se
prepararon bloques de paja mezclados con
aserrín en proporciones paja: aserrín de 1:0, 2:1,
y 0:1.
Estos bloques se sometieron a esterilización a
una temperatura de 121°C a 15 psi durante 15
minutos para eliminar los microorganismos que
pudieran contaminar el cultivo.
En condiciones asépticas, los bloques se
inocularon con los micelios obtenidos en PDB.
Se sellaron con plástico y se incubaron durante
20 días a temperatura ambiente. Al mismo
tiempo se prepararon concentraciones de inóculo
en sustrato de paja: cebada con proporciones de
50-50, 75-25 y 85-15 y paja de maíz granulada
con un tamaño de 1-2 mm. Todas las pruebas se
sometieron a condiciones de luz (12-12 h),
oscuridad (24 h), humedad (20, 30 y 50%) y
temperatura (22 y 28 ° C).
3.4 Fabricación de biotabique
Una vez establecidas las condiciones para el
desarrollo fúngico y el sustrato base donde se
obtuvo el mayor porcentaje de biomasa, se
continuó con la etapa de producción de
prototipos, reduciendo las medidas de asepsia, y
trabajando únicamente con mecheros de gas,
abriendo ligeramente los frascos con muestras y
humedeciéndolos de manera manual cada 2 días
con agua, generando un intercambio gaseoso e
induciendo nuevas condiciones de crecimiento
en las cepas adultas.
Posteriormente, se incluyó el material en pruebas
sobre molde, con capas compactadas de la paja
con el inóculo de Ganoderma. Adicionalmente se
evaluaron condiciones de secado de los
biomateriales obtenidos a 76, 105 y 110 °C.
4. Resultados
4.1 Colecta de material fúngico
Para la proliferación de organismos fúngicos son
necesarios tres factores, un sustrato, del cual el
hongo pueda alimentarse, una temperatura media
entre 25 y 30 °C, y una humedad relativa superior
al 60 %. Dentro de la fase de colecta, en los
puntos seleccionados se hicieron los registros de
temperatura y humedad relativa, los cuales
proveen variables físicas-naturales que afectan
directamente el crecimiento de organismos
fúngicos.
El primer punto (Figura 1), el Parque
Metropolitano de León (G1-G2), mostró
temperaturas máximas entre 28 y 34 °C y
humedad relativa superior al 60%, además de una
diversidad florística mayor, lo que implica que
los organismos fúngicos puedan proliferar de
formas simples, durante un periodo de tiempo
amplio (alrededor de 5 meses).
En el segundo punto, Parque Panorama (G5-G6),
ubicado en la colonia Panorama de León, se
identificó hongo del género Ganoderma, en el
mes de agosto, cuya temperatura máxima fluctuó
entre los 27.5 y 31.2 °C y la humedad relativa
llegó a 59.7%. Para la ubicación tres, en la
colonia León moderno (G4), se registró mayor
humedad en los meses de noviembre y
diciembre, pero la temperatura se mostró
relativamente baja, a pesar de esto, se
recolectaron distintos hongos con características
macroscópicas similares al género Ganoderma.
Para el último punto, en la zona sur de la ciudad
de León (G3), zona conocida como planicie con
poca diversidad florística, se detectaron
temperaturas altas a lo largo del año, con
humedad baja exceptuando los meses de mayo a
julio y noviembre a diciembre, fechas en las
cuales se pueden encontrar hongos con
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características macroscópicas similares al género
Ganoderma.
Fue evidente la variación tanto en temperatura
como en humedad en los distintos puntos de la
ciudad, respecto al parque metropolitano, sin
embargo, no afectó el crecimiento y la
recolección de colonias fúngicas con
características macroscópicas similares, sólo en
los meses más húmedos del año.
Esto se vuelve fundamental debido a que la
reproducción de la colonia fúngica puede
replicarse en condiciones ambientales normales,
al menos durante 5 meses del año. Las especies
Ganoderma lobatum, Ganoderma applanatum,
Ganoderma lucidum, fueron las principales
especies de hongos que se identificaron en
crecimiento en las especies de Encinos y/o
Alamillo (Populus tremuloides), ambos
catalogados en el documento, Plantas Silvestres
en el Paisaje Urbano del Municipio de León, Gto.
Publicación Técnica del Instituto Municipal de
Planeación [12], y cuya relación de especie
vegetal – especie fúngica, fue comprobada por
[3].
4.2 Aislamiento, purificación y caracterización
de las cepas fúngicas
En los primeros aislamientos, se detectó múltiple
contaminación por distintos hongos no
identificados, además de contaminación
bacteriana. Para lo cual se pasó a una segunda
fase de purificación del hongo, haciendo
purificación a partir de punta de hifas (Figura 2).
Una vez purificados, se integraron discos de 5
mm de diámetro en caldo dextrosa y papa, y de
las cajas con crecimiento purificado, se tomaron
muestras para observar al microscopio, con la
finalidad de corroborar las especies.
Para el caso de Ganoderma lucidum (Figura 3,
G1), se identificaron desde el punto de colecta,
micelio circular o reniforme con coloraciones
que van desde el amarillo anaranjado, pardo
rojizo y en la vejez casi negro, marcado por zonas
concéntricas, con rugosidades radiales, En caja
Petri se desarrolló un micelio blanco uniforme y
abundante.
En la observación microscópica se pudieron
identificar hifas hialinas finas e hifas
amarillentas, tabicadas y ramificadas. Para
Ganoderma applanatum (Figura 3, G2), se
identificó desde el punto de colecta una masa
grande con cutícula irregular con una costra dura
ondulada con consistencia resinosa de color
pardo gris.
En la observación microscópica se observaron
hifas hialinas esqueléticas ramificadas con
esporas ovoides truncadas. Para Ganoderma
lobatum (Figura 3, G3), se identificó desde el
punto de colecta micelio aplanado no leñoso
color rojo grisáceo con márgenes irregulares. En
la observación microscópica se observaron hifas
hialinas no septadas de pared gruesa y orientadas
aleatorias con exospora gruesa color marrón.