Análise físico-química e ecotoxicológica do efluente gerado

Análise físico-química e ecotoxicológica do efluente gerado no cultivo de
Pleurotus em palha de bananeira para produção de enzimas lignocelulolíticas.
PEREIRA, Camila Milanez1 ([email protected]); CORREA, Marcela1
([email protected]); BELLO, Roger1 ([email protected]); PRADO,
Sharline1 ([email protected]);
Beatriz
Maria
de
Oliveira
Torrens
1
([email protected]); BONATTI-CHAVES, Mariane ([email protected]);
GERN, Regina Maria Miranda1 ([email protected]).
1
Universidade da Região de Joinville – UNIVILLE, campus universitário s/n, 89.219905, Joinville, SC, Brasil.
Abstract: Pleurotus genus can be grown in different agro-industrial wastes (banana
straw, banana leaves, banana peels, orange peels, etc.). These mushrooms present
a high content of proteins and vitamins and low content of fat. However, a big
quantity of effluent is produced during its cultivation (water released by banana straw
humidification for subsequently solid cultivation of Pleurotus spp). This study aimed
to study some physical-chemical parameters and toxicity of this effluent in order to
agree with the legislation for discharge of effluents into water bodies. Moreover, was
evaluated the use of this effluent as medium culture for P. ostreatus and P. sajor-caju
to produce lignocellulolytic enzymes. The effluent was supplemented with 150 µM
CuSO4 and 40 g.L-1 banana peel powder. Physical-chemical parameters were
determined according methodology proposed by CETESB (1978) and the
toxicological evaluation was carried out according NBR 12713. The enzyme activities
were determined by methodology proposed by (Bailey et al., 1992). The temperature
of the effluent was 20.5 °C, pH 6.48 and DBO5 165.2 mg.L-1. P. ostreatus presented
the highest laccase and xylanase activities (3,658.3 U.L-1 and 544.3 U.L-1).
Keywords: lignocellulolytic enzymes, banana straw, Pleurotus.
Introdução
Fungos do gênero Pleurotus são de fácil e barato cultivo, além de crescerem
em uma ampla variedade de resíduos florestais e agroindustriais. São extremamente
eficientes na conversão do substrato em biomassa, pois possuem um complexo
enzimático lignocelulotítico único, que os habilita a decomporem diversos resíduos
agroindustriais indisponíveis para a grande maioria dos organismos (Bonatti et al.,
2004; Stajic, et al., 2006; Elisashvili et al., 2008).
A primeira etapa do cultivo de Pleurotus em meio sólido envolve a
umidificação do substrato (resíduo lignocelulósico) por imersão em água por 12
horas e posterior drenagem da água excedente (Madan et al., 1987). Nesta etapa é
gerado um efluente líquido que para ser descartado em corpos de água deve
atender as legislações vigentes como, por exemplo, a resolução CONAMA 357/2005
e o Decreto Estadual Nº 14.250/1981. Uma alternativa ao descarte destes efluentes
em corpos de água é a sua utilização na formulação de meios de cultivo para a
produção de enzimas lignocelulolíticas por basideomicetos. A otimização do
processo de produção deste sistema enzimático em termos de aumento da
produtividade e diminuição dos custos do processo tornou-se alvo de estudos,
devido ao grande número de aplicações atribuídas a estas enzimas. Mais
recentemente, é no tratamento de resíduos lignocelulósicos com enzimas
lignocelulolíticas, para posterior fermentação visando a produção de bioetanol, que
estas enzimas encontram uma de suas aplicações mais promissoras, em face da
constante busca por alternativas energéticas.
Desta forma, os objetivos deste trabalho foram: (a) avaliar parâmetros físicoquímicos (temperatura, pH, DBO, sólidos totais e sedimentáveis) e ecotoxicológicos
(toxicidade aguda com Daphnia similis) do efluente gerado a partir da umidificação
de palha de folha de bananeira, etapa inicial do processo produtivo deste cogumelo
e (b) avaliar a produção das enzimas lignocelulolíticas lacase e xilanase por fungos
do gênero Pleurotus em cultivo submerso, utilizando o efluente gerado no processo
produtivo suplementado com 150 µM de CuSO4 e 40 g.L-1 de pó de cascas de
banana.
Material e Métodos
- Efluente: palha de folhas de bananeira, fornecida pela empresa Typicus localizada
em Garuva - Santa Catarina, triturada e acondicionada em sacos de ráfia que foram
imersos em água por 12 horas. Em seguida, os sacos de ráfia contendo o substrato
úmido foram retirados do recipiente com a água de imersão (efluente) e o excesso
de água (também efluente) foi drenado (Madan et al., 1987).
- Parâmetros físico-químicos: temperatura, pH, demanda biológica de oxigênio
(DBO5), sólidos totais e sedimentáveis foram determinados segundo metodologia
proposta pela CETESB, 1978.
- Análise ecotoxicológica: avaliou-se a toxicidade aguda com Daphinia similis de
acordo com metodologia proposta pela NBR 12713, 2009. Para determinação da
CL50 utilizou-se o programa estatístico TRIMMED SPEARMAN-KARBER (TSK).
- Microrganismos e manutenção: as linhagens P. Ostreatus DSM 1833 e P. sajorcaju CCB 019, foram mantidas em meio sólido TDA (Trigo Dextrose Ágar) (Furlan et
al., 1997), sob refrigeração (4ºC) e os repiques foram feitos a cada três meses.
- Meio e condições de cultivo submerso para produção de enzimas: frascos
Erlenmeyer de 500 mL contendo 100 mL do efluente suplementado com 150 µM de
CuSO4 e 4 g de pó de cascas de banana, também fornecidas pela empresa Typicus,
foram esterilizados. Após resfriados, foram inoculados com três discos de agar de
aproximadamente 15 mm de diâmetro contendo o micélio fúngico. Os frascos foram
incubados a 30ºC, sob agitação recíproca de 120 min-1, por 15 dias.
- Análise enzimática: A atividade de xilanase foi avaliada através da mistura de 70
μL do extrato, devidamente diluído, com 630 μL de xilana de aveia (1% m/v) (pH 5,0)
a 40ºC por 10 minutos (Bailey et al., 1992). O método utilizado para a quantificação
de açúcares redutores totais foi o proposto por Miller (1959). A atividade de lacase
foi avaliada através da variação no valor de absorbância (436 nm), produzida pela
oxidação do composto 2,2´-azino-bis-[3-ethyltiazoline-6-sulfonate] (ABTS) (pH 4,2).
- Análise estatística: utilizou-se o teste estatístico para rejeição de valores
desviantes, denominado Teste ‘Q’ de Dixon, com nível de confiança de 95%,
conforme Rorabacher (1991).
Resultados e Discussão
O efluente gerado no processo produtivo de Pleurotus apresentou
temperatura de 20,5oC, pH 6,48 e DBO5 165,2 mg.L-1. As legislações estabelecem
valores de temperatura abaixo de 40ºC, sendo que a variação desta no corpo
receptor não deverá exceder a 3ºC na zona de mistura. O valor de pH é limitado pelo
CONAMA 357/2005 entre 5,0 e 9,0 e pelo Decreto Estadual Nº 14.250/1981 entre
6,0 e 9,0. O decreto estadual Nº. 14250/1981 estabelece limite para DBO5 de no
máximo 60 mg.L-1. O valor observado neste trabalho está acima do limite máximo
permitido em legislação e antes do descarte em corpos de água deve ser tratado.
Em relação à concentração de material sedimentável, a legislação determina
limite máximo de 1 mg.L-1, em teste de uma hora em cone Imhoff, para o lançamento
em lagos e lagoas, cuja velocidade de circulação seja praticamente nula. A Tabela 1
mostra que todos os valores de sólidos totais e sedimentáveis estão abaixo do limite
máximo permitido.
Em relação ao teste de toxicidade aguda observou-se concentração letal
média (LC50) de 5,62% para Daphnia similis. Organismos de outros níveis tróficos
também devem ser avaliados antes do descarte deste efluente.
Devido a este efluente apresentar concentração de matéria orgânica acima do
limite máximo permitido (60 mg.L-1) optou-se avaliar a utilização deste resíduo,
suplementado com CuSO4 e pó de cascas de banana, para o cultivo submerso de
Pleurotus visando a produção de enzimas lignocelulolíticas. A Figura 1 mostra os
valores de atividade enzimática para lacase e xilanase, as únicas enzimas
expressas nestas condições. Observou-se concentrações elevadas principalmente
de lacase (3.658,3 e 1.057,3 U.L-1 para P. ostreatus e P. sajor-caju,
respectivamente) quando compara-se estes valores com os obtidos por Libardi
(2010) utilizando água de torneira suplementada com 150 µM de CuSO 4 e 4 g.L-1 de
pó de cascas de banana (372,5 U.L-1 para P. ostreatus) e meio de cultivo Kirk
modificado (sem glicose) suplementado da mesma forma (1.575 U.L-1 para P.
ostreatus).
Conclusões
O efluente apresentou parâmetros físico-químicos como temperatura (20,5oC),
pH (6,48), sólidos totais (1,36 µg.l-1) e sólidos sedimentáveis (0,1 mg.l-1) dentro dos
limites máximos previstos em legislação para descarte de efluentes em corpos de
água. Contudo, o parâmetro DBO5 (165,2 mg.L-1) mostrou-se acima do valor máximo
permitido. Desta forma, avaliou-se neste trabalho a utilização deste meio, com
concentração de matéria orgânica acima do permitido, para a produção de enzimas
lignocelulolíticas de uso industrial. As atividades enzimáticas encontradas para
lacase foram 3.658,3 e 1.057,3 U.L-1 para P. ostreatus e P. sajor-caju,
respectivamente e para xilanase 544,3 e 540,1 U.L-1 para P. ostreatus e P. sajorcaju, respectivamente.
Referências
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aquática – Toxicidade Aguda – Método de ensaio com Daphnia ssp (Crustacea,
Cladocera).
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assay of xylanase activity. Journal of Biotechnology, 23, 57-270.
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CETESB (1978) NT 07: Normalização Técnica Saneamento Ambiental – Análises
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Universidade da Região de Joinville / UNIVILLE, Joinville.
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Tabela 1 – Valores de sólidos totais e sedimentáveis (mg.L-1) para o efluente gerado no
cultivo de Pleurotus.
Análise
Concentração
Análise
Concentração
Sólidos totais
0,00136
Sólidos dissolvidos voláteis
0,000652
Sólidos fixos
0,000718
Sólidos suspensos totais
0,000257
Sólidos voláteis
0,000642
Sólidos suspensos fixos
0,000267
Sólidos dissolvidos
0,001103
Sólidos suspensos voláteis
0,00001
Sólidos dissolvidos fixos
0,000451
Sólidos sedimentáveis
0,1
Figura 1 – Atividade enzimática de lacase e xilanase produzidas por P. ostreatus e P. sajorcaju em cultivo submerso utilizando o efluente gerado no cultivo, suplementado com 150 µM
de CuSO4 e 40 g.L-1 de pó de cascas de banana.