Coffee Grounds as a Sustainable Alternative Substrate for Large-Scale Production of Beauveria bassiana

Abstract

This study aimed to evaluate the feasibility of using coffee grounds as an alternative substrate for the mass production of the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana, comparing its performance with conventional solid-state fermentation systems, particularly the rice-based method commonly used in industry. The proposed approach addresses the need to reduce production costs, improve process efficiency, and valorize low-commercial-value agro-industrial residues, while maintaining the biological effectiveness of the fungus. Different substrate formulations composed of coffee grounds alone or mixed with soil or clay at proportions of 100% and 50–50% were tested, and three initial moisture levels (60%, 70%, and 80%) were evaluated. After inoculation with 10⁷ conidia·g⁻¹ and incubation at 26 °C for ten days, conidial production was quantified. The most promising formulation was then compared with the standard rice substrate in terms of spore yield and maintenance of fungal virulence. Bioassays were performed with Sitophilus oryzae and Rhyzopertha dominica using conidial concentrations ranging from 10⁵ to 10⁹ conidia·mL⁻¹. Mortality, confirmed fungal infection (conidiogenesis), and lethal time were assessed.The results showed that the coffee-grounds/soil mixture (1:1) at 70% moisture yielded the highest spore production, surpassing the conventional rice-based system. The fungal strain maintained high virulence, reaching 100% mortality in both insect species at the highest concentrations tested. LT₅₀ values ranged from three to four days, depending on the target species. Coffee grounds,particularly when combined with soil—constitute an efficient, economically viable, and sustainable substrate for B. bassiana production, improving conidial yields while preserving fungal infective potential. This substrate represents a promising innovation for large-scale bioinsecticide production.

Keywords: Agro-Industrial Waste. Entomopathogenic Fungi. Solid-State Fermentation. Bioinsecticide. Agricultural Sustainability.

Resumo
O modelo agrícola contemporâneo enfrenta um desafio crescente: a dependência de pesticidas sintéticos. Embora eficazes a curto prazo, esses agroquímicos representam um risco significativo à saúde humana e causam graves desequilíbrios ambientais. Diante disso, o controle biológico de pragas surge como uma alternativa sustentável e de importância vital. Entre as estratégias disponíveis, a utilização de fungos entomopatogênicos—organismos que naturalmente infectam e matam insetos—destaca-se como um dos modelos mais eficientes. A crescente demanda por bioinseticidas baseados em fungos, como o Beauveria bassiana, impulsiona a necessidade urgente de aprimorar os sistemas de produção em escala industrial. O principal gargalo reside nos altos custos operacionais e na busca por substratos de cultivo que sejam simultaneamente efetivos e economicamente viáveis. Neste contexto, vários pesquisadores têm focado na valorização de resíduos de baixo valor comercial. O presente estudo investigou a viabilidade da utilização de um resíduo doméstico e agroindustrial amplamente disponível: a borra de café, como substrato nutritivo para a produção maciça de Beauveria bassiana via fermentação em estado sólido. Os achados desta pesquisa são promissores e demonstraram que formulações utilizando a borra de café não apenas são economicamente viáveis, mas também se revelaram mais eficientes na esporulação do fungo quando comparadas ao sistema de produção convencional, que tipicamente utiliza grãos de arroz. Esta descoberta estabelece a borra de café como um substrato superior para bioinseticidas, oferecendo uma solução de duplo impacto positivo: reduzindo um resíduo e otimizando a produção de agentes de controle biológico.

Palavras-chave: Resíduo Agroindustrial. Fungos Entomopatogênicos. Fermentação em Estado Sólido. Bioinseticida. Sustentabilidade Agrícola. Valorização De Resíduos. Beauveria Bassiana.