bioconversao de residuos industriais

Série em Ciência e Tecnolo

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Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR Campus Ponta Grossa - Paraná - Brasil

ISBN: 978 – 85 – 7014 – 041 – 8 / v. 2, n. 4

Série em Ciência e Tecnologia de Alimentos: agroindústria, energia e meio

ambiente

BIOCONVERSÃO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS – UMA REVISÃO

BIOCONVERSION OF AGRO-INDUSTRIAL RESIDUES – REVIEW

Flávia Gutoch Garbosa1; José Luiz F. da Trindade2 1,2 Universidade Tecnológica do Paraná – UTFPR – Ponta Grossa – Brasil [email protected]

Resumo

O desenvolvimento sócio-econômico e a evolução dos hábitos e modos de vida geram consumo excessivo, conduzindo a um uso indiscriminado dos recursos e à geração de grandes volumes de resíduos, esta geração de resíduos e subprodutos é inerente a qualquer setor produtivo. O aumento da conscientização ecológica, iniciado no final do Século XX, deixou claro que o grande desafio da humanidade para as próximas décadas é equilibrar a produção de bens e serviços, crescimento econômico, igualdade social e sustentabilidade ambiental. Os resíduos podem conter muitas substâncias de alto valor, se for empregada uma tecnologia adequada, este material pode ser convertido em produtos comerciais ou matérias-primas para processos secundários. Os fungos basidiomicetos correspondem àqueles conhecidos como cogumelos, são considerados mais evoluídos, o grande papel que desempenham na natureza é o seu potencial decompositor, eles crescem sobre matéria-orgânica, restos de vegetais e animais, assimilando-os e transformando-os em substâncias mais simples para serem absorvidos pelos vegetais, permitindo assim, a reciclagem dos elementos da natureza. Os fungos vêm se tornando um dos principais colaboradores para a solução simultânea de três problemas sérios que o mundo enfrenta, a escassez de alimentos, a poluição ambiental e a deficiência da saúde humana. Estes seres têm por característica realizarem a bioconversão, ou seja, a transformação de resíduos lignocelulósicos (presentes principalmente na madeira) em alimentos com alto valor protéico e medicinal, a bioconversão dos resíduos de biomassa lignocelulósica em alimentos e outros produtos de interesse econômico causam impacto positivo, com tendência a continuar aumentando.

Palavras-chave: bioconversão, resíduos agroindustriais, fungos. 1. Introdução

A crescente preocupação com o meio ambiente vem mobilizando vários segmentos do

mercado. Inúmeros órgãos governamentais e indústrias estão se preparando para aplicar uma

política ambiental que diminua os impactos negativos à natureza. Os órgãos fiscalizadores têm se

mobilizado. Constantes revisões têm ocorrido em resoluções ligadas a resíduos, tais como a RDC

306/04, resolução da ANVISA (Brasil, 2004) e a Res 388/05 do CONAMA (Brasil, 2005) que

classificam e propõem tratamentos, forma de manipulação e descarte dos resíduos de serviço da

gia de Alimentos: agroindústria, energia e meio ambiente


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saúde ( PELIZER et al., 2007).

O desenvolvimento sócio-econômico e a evolução dos hábitos e modos de vida geram

consumo excessivo, conduzindo a um uso indiscriminado dos recursos e à geração de grandes

volumes de resíduos (ZENI & PENDRAK, 2006).

De acordo com AQUARONE (1975), a finalidade do processo industrial é a transformação

da matéria-prima em produto, com isso agrega-se valor e se obtém lucro, que é o interesse real da

empresa. No entanto, são gerados além do produto, outros materiais, os subprodutos, que tem valor

comercial e os resíduos industriais, cuja recuperação é na maioria das vezes, indesejável, pois

acarretaria ônus a empresa.

A geração de resíduos e subprodutos é inerente a qualquer setor produtivo. O aumento da

conscientização ecológica, iniciado no final do Século XX, deixou claro que o grande desafio da

humanidade para as próximas décadas é equilibrar a produção de bens e serviços, crescimento

econômico, igualdade social e sustentabilidade ambiental (EMBRAPA, 2007).

Segundo PELIZER et al. (2007), resíduos sólidos diferenciam-se do termo lixo porque,

enquanto este último não possui nenhum tipo de valor, já que é aquilo que deve apenas ser

descartado, aqueles possuem valor econômico agregado, por possibilitarem reaproveitamento no

próprio processo produtivo.

O termo resíduo é utilizado em sentido amplo, englobando não somente sólidos como

também os efluentes líquidos e os materiais presentes nas emissões atmosféricas. O resíduo

industrial, depois de gerado, necessita de destino adequado, pois não pode ser acumulado

indefinidamente no local em que foi produzido. A disposição dos resíduos no meio ambiente, por

meio de emissões de matéria e de energia lançados na atmosfera, nas águas ou no solo deve ocorrer

após os resíduos sofrerem tratamento e serem enquadrados nos padrões estabelecidos na legislação

ambiental para não causarem poluição ( PELIZER et al., 2007).

Os setores agroindustrial e de alimentos produzem grandes quantidades de resíduos. Esses

resíduos podem apresentar elevados problemas de disposição final e potencial poluente. Ao

contrário do que acontecia no passado, quando resíduos eram dispostos em aterros sanitários ou

empregados sem tratamento para ração animal ou adubo, atualmente, conceitos de minimização,

recuperação, aproveitamento de subprodutos e bioconversão de resíduos são cada vez mais

difundidos e necessários para as cadeias agroindustriais (EMBRAPA, 2007).

De acordo com PELIZER et al. (2007), os resíduos podem conter muitas substâncias de alto

valor. Se for empregada uma tecnologia adequada, este material pode ser convertido em produtos

comerciais ou matérias-primas para processos secundários.



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A população mundial está em torno de 6 bilhões, sendo que, no Brasil, já somos mais de 157

milhões de habitantes. Esse aumento populacional traz como conseqüência imediata e inevitável um

aumento proporcional na necessidade de alimentos (BIOTECNOLOGIA, 2007).

Os recursos naturais para manter esta população são limitados e somente um aproveitamento

racional e eficiente poderá fazê-los produzir alimentos em quantidade e qualidade satisfatória para

atender às crescentes necessidades do homem. Por outro lado, a população humana produz milhões

de toneladas de resíduos agroindustriais anualmente e, na maioria das vezes, esses rejeitos são

eliminados no meio ambiente, provocando como conseqüência um acúmulo excessivo de matéria

orgânica na natureza (BIOTECNOLOGIA, 2007).

Os produtores agrícolas deveriam utilizar a bioconversão para otimizar o aproveitamento de

alimentos no país. O desenvolvimento e a adoção de novas biotecnologias serão cruciais para

atender ao desafio de produzir alimentos suficientes para a população mundial crescente e, ao

mesmo tempo, reduzir os impactos ao meio ambiente (ZENI & PENDRAK, 2006).

2. Biotecnologia Agroindustrial

Embora esse tipo de poluente seja biodegradável, é necessário um tempo mínimo para ser

mineralizado e, em virtude da intensa atividade humana na Terra, observa-se a cada dia um

aumento na dificuldade de reciclagem natural desses nutrientes. O Brasil, por ser um país de grande

atividade agrícola, é um dos que mais produzem resíduos agroindustriais (BIOTECNOLOGIA,

2007).

Segundo ZENI & PENDRAK (2006), os microrganismos apresentam capacidade de

modificar quimicamente uma ampla variedade de compostos orgânicos, denominada

transformações microbianas ou bioconversões, que envolvem processos nos quais microrganismos

convertem um composto a produtos relacionados estruturalmente. Compreendem apenas uma ou

poucas reações enzimáticas, diferenciando-se dos processos fermentativos, com várias seqüências

de reações.

Os fungos basidiomicetos correspondem àqueles conhecidos como cogumelos. São

considerados mais evoluídos. O grande papel que desempenham na natureza é o seu potencial

decompositor, eles crescem sobre matéria-orgânica, restos de vegetais e animais, assimilando-os e

transformando-os em substâncias mais simples para serem absorvidos pelos vegetais, permitindo

assim, a reciclagem dos elementos da natureza (ZENI & PENDRAK,2006).

Segundo Poppe (2000), citado por SOUZA et. al. (2007), enumerou como benefícios

diretos da conversão de resíduos em cogumelos: a provisão de alimentos, a criação de empregos, a



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melhoria da renda familiar, o controle na geração de resíduos, limpeza nos campos, florestas e

margens de estradas, proteção da flora natural dos cogumelos, prevenção de incêndios florestais, e

uso do substrato de cogumelos como composto para jardim ou horta.

2.1 Produção de Biomassa para Consumo Humano

No Brasil, o consumo de cogumelos comestíveis vem crescendo significativamente devido

ao reconhecimento do seu alto valor nutritivo e ao aumento da oferta, tornando o produto mais

popular e acessível, sendo os principais cogumelos cultivados o Agaricus bisporus Lange

(champignon), o Lentinula edodes Berk. (shiitake) e espécies do gênero (Pleurotus 1987). As

maiores barreiras encontradas na comercialização de cogumelos no Brasil estão ligadas à crença

popular quanto à sua natureza venenosa, preço, hábito alimentar e ao cultivo com baixa

produtividade (DEMIATE, M.I; SHIBATA, R.K.C.,2003).

De acordo com DEMIATE, M.I; SHIBATA, R.K.C.,(2003), o consumo de cogumelos no

país ainda é muito pequeno em relação ao dos povos europeu e asiático. Entretanto, nos últimos

anos, a procura por cogumelos comestíveis vem aumentando e ganhando destaque, em virtude do

seu sabor refinado, valor nutritivo e, ainda, pelo potencial de uso medicinal.

Segundo HERRERA (2001), citado por SOUZA et. al. (2007), os cogumelos, igualmente

aos outros fungos, são desprovidos de pigmentação verde e não se utilizam de clorofila. Pois não

são capazes de transformar energia solar em matéria orgânica, como as plantas, porem são capazes

de converter grandes quantidades de materiais lignocelulósicos, considerados resíduos agrícolas e

florestais, em alimento humano, ração animal e fertilizantes.

A maioria das espécies pode ser cultivada de forma direta nos resíduos agrícolas e

agroindustriais (bioresiduos), além de fornecer alimentos para os seres humanos, apresentam uma

grande importância econômica, gerando emprego e recuperando o meio ambiente (SOUZA et. al.

2007).

2.2 Caracterização Botânica dos Fungos

De acordo com SANTOS (2005), o “cogumelo” é apenas uma parte do “fungo”, tratando-se

mais especificamente da estrutura de reprodução responsável pela formação dos esporos, que são

pequenos grãos gerados com a finalidade de perpetuar a espécie, estrutura esta característica apenas

a algumas espécies da família dos fungos. Atualmente são conhecidas aproximadamente 2 mil

espécies potencialmente comestíveis, porém apenas 25 delas são normalmente utilizadas na



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alimentação humana e um número ainda menor tem sido produzido comercialmente.

Os cogumelos comestíveis comerciais são originários principalmente de fungos pertencentes

à classe Basidiomycetes, sendo o maior número das espécies enquadradas na ordem Agaricales, na

qual há duas principais famílias: Boletaceae (com as espécies Boletus edulis e Boletus luteus) e a

família Agaricaceae (com a espécie Agaricus bisphorus, popularmente conhecido por champignon,

e a Lentinula edodes, vulgarmente denominado shiitake) (SANTOS, 2005).

Segundo ZENI & PENDRAK (2006), os fungos basidiomicetos são considerados mais

evoluídos, podem ser encontrados em troncos de árvores, solos úmidos, sobre plantas e outras

matérias orgânicas. São fungos de micélio septado, que se reproduzem por esporos exógenos

(basidiósporos), formados sobre uma hifa especial chamada basídia (PIERO, 2003).

Os fungos são classificados em duas categorias: saprófitas (ou sapróbios) e parasitas.

Aqueles que se alimentam de matéria orgânica vegetal ou animal que esteja morta, são os saprófitas

e os parasitas são aqueles que, vivem dentro ou sobre organismos vivos (animal ou vegetal), retiram

destes seu alimento, absorvem seus nutrientes sem ingeri-los, secretando enzimas digestivas no

substrato onde se desenvolvem. Estas enzimas catalisam a quebra de moléculas grandes em

moléculas menores para que as células fúngicas possam absorver. Por essa razão, os fungos crescem

dentro ou sobre os alimentos (RAVEM, 2001) citado por (SOUZA et. al. 2007).

De acordo com SANTOS (2005), os fungos, têm se tornado um dos principais colaboradores

para a solução simultânea de três problemas sérios que o mundo enfrenta, a escassez de alimentos, a

poluição ambiental e a deficiência da saúde humana. Estes seres têm por característica realizarem a

bioconversão, ou seja, a transformação de resíduos lignocelulósicos (presentes principalmente na

madeira) em alimentos com alto valor protéico e medicinal.

Há uma importância estratégica, no cultivo de fungos comestíveis e medicinais para o

desenvolvimento econômico de uma propriedade rural, tanto direta como indiretamente. Estima-se

que mais de 70% do total de matéria agrícola e florestal (biomassa) gerada é considerada

improdutiva, sendo tratada como resíduo agro-industrial e sendo um dos maiores causadores da

poluição ambiental. No entanto, esses resíduos podem ser processados, e com isso servirem de fonte

de nutrientes (compostos orgânicos) para o desenvolvimento de determinadas espécies de fungos,

que por sua vez, poderiam ser utilizados como fonte de alimento e medicamento para o ser humano.

Devido a esses fatores, o futuro mundial aponta para uma conscientização global quanto à

reincorporação desses resíduos ao meio ambiente, considerando as espécies de cogumelos

comestíveis e/ou medicinais, como sendo os principais agentes dessa bioconversão (SANTOS

2005).



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Segundo CHANG (1998), citado por SOUZA et. al. (2007), a bioconversão dos resíduos de

biomassa lignocelulósica em alimentos e outros produtos de interesse econômico causam impacto

positivo, com tendência a continuar aumentando.

3. Tipos de fungos degradadores

- Fungos degradadores de lignina:

Podem ser divididos em três grupos: de acordo com a morfologia da degradação que

produzem: fungos de degradação branca, marrom e macia. Os fungos degradadores de madeira são

taxonomicamente diversos e a maioria deles pertence à subdivisão Basidiomycotina. Os

basidiomicetos de degradação branca são os mais eficientes degradadores de lignina. Os fungos de

degradação marrom e macia, degradam lignina em alguma extensão, embora ataquem

preferencialmente a celulose da madeira (MELO & AZEVEDO, 1997).

- Fungos de degradação branca:

Os Basidiomicetos de degradação branca são os únicos microorganismos conhecidos que

degradam e mineralizam completamente a lignina. Atacam indistintamente os três componentes da

madeira (celulose, hemicelulose e lignina) com velocidades similares, são chamados de degradação

branca (LIMA, 2004).

Produzem degradação seletiva da lignina na parede celular, deixando a celoluse

praticamente intacta. Podem ser divididos em dois subgrupos: os que degradam simultaneamente

todos os componentes, e os que degradam preferencialmente lignina. Os que degradam

seletivamente lignina, são designados fungos de bolso brancos ou manchados. Sua habilidade é

degradar compostos fenólicos, relacionados à lignina, que quase sempre está associada a enzimas

extracelulares lignolíticas, em particular lacases (MELO & AZEVEDO, 1997).

- Fungos de degradação marrom:

Degradam a porção polisacarídica da madeira, causando limitadas modificações na lignina,

sem alteração do anel aromático. Essa parte da lignina não degradada é responsável pela coloração

escura da madeira (LIMA, 2004).

São responsáveis pela degradação marrom, também pertencem à Basidiomicotina e a

maioria das espécies à família Polyporaceae. Estes fungos produzem porosidade e erosão nas

células células da parede da madeira, devido a uma quebra rápida do suporte celulósico das

microfibrilas. Os fungos de degradação marrom têm suas hifas divididas em dois grupos



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fisiológicos: as que degradam todos os componentes celular da madeira, incluindo a lignina, e as

que podem somente modificar a lignina quando estão degradando os polissacarídeos da madeira

(MELO & AZEVEDO, 1997).

- Fungos de degradação macia:

São fungos pertencentes a Ascomicotina e Deuteromicotina, podem causar um tipo

específico de degradação da madeira, caracterizada por ser suave, de aparência úmida, que sob

condições de secagem pode lembrar a degradação do tipo marrom. Estes fungos têm preferência por

colonizar madeiras duras, especialmente as de alta umidade. Quando em madeira mole, apresentam

uma velocidade de degradação menor que os fungos de degradação branca e marrom (MELO &

AZEVEDO, 1997).

Abstract Socio-economical development and evolution of habits and ways of life generate extreme consumption, leading to an indiscriminate use of the resources and to the generation of great volumes of residues, this generation of residues and by-products are inherent to any productive sector. The increase of the ecological awareness, initiated in the end of XX Century, left clearly that the great challenge of humanity for the next decades is to balance the production of goods and services, economic growth, social equality and ambient sustentability. The residues can contain many substances of high value, will have used an adjusted technology, this material can be converted into commercial products or raw materials for secondary processes. The Basidiomycetes fungus correspond to those known as mushrooms, are considered more evolved, the great paper that they play in the nature is its decompositor potential, them grow on substance-organic, vegetable remaining portions and animals, assimilating them and transforming them into simpler substances to be absorbed for vegetables, thus allowing, the recycling of the elements of the nature. The fungus are becoming one of the main collaborators for the simultaneous solution of three serious problems that the world faces, the food scarcity, the ambient pollution and the deficiency of the health human being. These beings have for characteristic to realize the bioconversion, that is, the transformation of lignocellulosic residues (mainly present in the wood) in foods full of protein and with medicinal value, the bioconversion of the residues of lignocellulosic biomass in foods and other products of economic interest cause positive impact, with trend to continue increasing.

Key-words: bioconversion, agro-industrial residues, fungus.

Referências AQUARONE, E.; LIMA, U.A.; BORZANI, W. Biotecnologia: tópicos de microbiologia industrial. São Paulo: Edgar Blucher , Ed. Da Universidade de São Paulo, 1975. DEMIATE, M.I; SHIBATA, R.K.C. Cultivo e análise da composição química do cogumelo do sol (AGARICUS BLAZEI MURRIL). Ponta Grossa: Publ. UEPG Ci. Biol. Saúde, Ponta Grossa, 9 (2): 21-32, jun. 2003. LIMA, L. A. Degradação de corantes têxteis por bactérias. São João da Boa Vista : Monografia apresentada como requisito da disciplina de Estágio Supervisionado, do Curso de Ciências Biológicas. CENTRO UNIVERSITÁRIO DA FUNDAÇÃO DE ENSINO OCTÁVIO BASTOS, 2004. MELO, I. S de, AZEVEDO, J. L. de, Microbiologia Ambiental, Jaguariúna: Embrapa –CNPMA,440p. 1997.



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PELIZER, H.L; PONTIERI H.M; MORAES O.I. Utilização de resíduos agroindustriais em processos biotecnológicos como perspectiva de redução do impacto ambiental. São Paulo: JOURNAL OF TECHNOLOGY MANAGEMENT & INNOVATION, vol. 2, 2007. PIERO, D.M.R. Potencial dos cogumelos Lentinula edodes (SHIITAKE) e Agaricus Blazei (COGUMELO-DO-SOL) no controle de doenças em plantas de pepino, maracujá e tomate, e a purificação parcial de compostos biologicamente ativos. São Paulo: Tese apresentada à Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, 2003. SANTOS, L.G. Resposta técnica: Ministério da Ciência e Tecnologia, Rio Grande do Sul, SENAI/RS – Departamento Regional, 2005. SOUZA, L. F., PERES, A.P., MARTINS, B. V. Estudo do desenvolvimento micelial através do cultivo da Lentinula edodes em resíduos agroindustriais e de indústrias madeireiras da região de Ponta Grossa. Ponta Grossa: Trabalho de conclusão de curso apresentado á Universidade Federal Tecnológica do Paraná, 2007. ZENI, G.; PENDRAK, I.P. Bionconversão de celulose em proteína utilizando a levedura Cândida utillis e o fungo Pleurotus ostreatus. Ponta Grossa: Trabalho de conclusão de curso apresentado á Universidade Federal Tecnológica do Paraná, 2006. BÔAS, V.G.S.; ESPOSITO, E. Bioconversão do bagaço de maçã: Enriquecimento nutricional utilizando fungos para produção de um alimento alternativo de alto valor agregado, disponível em < http://www.biotecnologia.com.br/revista/bio14/bioconversao.pdf>, acesso em 07/04/2007. PINTO, S.A.G. Fermentação em estado sólido: Uma alternativa para o aproveitamento e valorização de resíduos agroindustriais tropicais, disponível em <http://www.cnpat.embrapa.br?home/down/index.php?pub/cot_102.pdf>, acesso em 07/04/2007. Dados do autor

Nome completo: Flávia Gutoch Garbosa.

Filiação institucional: Universidade Tecnológica Federal do Parená.

Departamento: Tecnologia em Alimentos.

Função ou cargo ocupado: Acadêmica

Endereço completo para correspondência: Rua: Augusto Severo, 1788 - Palmeirinha, Ponta Grossa,

Paraná, Brasil, CEP: 84070-390.

Telefones para contato: (0xx42) 3227-5206 ou (0xx42) 8404-3314.

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