Estudo da biodegradação de penas por comunidades microbianas

Abstract

A alta produção avícola nacional gera milhares de toneladas de penas de aves como resíduo por ano. Considerando que este resíduo é composto por aproximadamente 90% de queratina, a busca pelo tratamento e reaproveitamento desta proteína torna-se de grande interesse ambiental e econômico. A biodegradação por diversos microrganismos tem sido abordada como uma alternativa ao atual tratamento termo-mecânico. Este trabalho tem como objetivo estudar a aplicação de diferentes bactérias em comunidades na degradação de dois resíduos provenientes da indústria aviária: penas de aves cruas e farinha de pena. Como ferramentas para montagem de comunidades microbianas foram avaliados dois planejamentos experimentais: Plackett-Burman e Fatorial Completo. O primeiro deles foi utilizado no rastreamento de bactérias importantes na degradação de penas de aves cruas, resultando na seleção de quatro bactérias (Bacillus subtilis S14, Bacillus cereus NP4, Bacillus subtilis NP5 e Macrococcus caseolyticus FCA7) e no incremento de 4% na degradação deste resíduo comparando os microrganismos isoladamente e em comunidades. Quando penas não autoclavadas foram utilizadas, a adição de Bacillus subtilis NP5 foi suficiente para aumentar a degradação de 14% para 33% O segundo planejamento avaliou a influência da presença de bactérias na degradação de farinha de penas. Assim como ocorre em penas de aves cruas, a bactéria Bacillus subtilis NP5 mostrou-se essencial para obtenção de alta degradação. Após observar a formação de biofilme sobre a superfície deste resíduo por microscopia eletrônica de varredura, foi avaliada a sua relação com a produção de queratinases e a degradação deste resíduo. Considerando as quatro bactérias isoladas e em comunidades, os resultados demonstram que não há uma relação direta entre os parâmetros avaliados. Porém, a maior degradação obtida pelo Bacillus subtilis NP5 parece envolver tanto a produção de queratinase quanto a alta formação de biofilme.

The high Brazilian poultry production generates thousands of tons of feathers as a waste, per year. Since its is composed of approximately 90% of keratin, the search for treatment and reuse of this protein becomes of great environmental and economic interest. The biodegradation by various microorganisms has been discussed as an alternative to replace the current thermo-mecanical treatment. This work aimed to investigate the application of different bacterial strains in communities during degradation of two keratin wastes from the poultry industry: raw feathers and feather meal. Two experimental designs were used as tools for microbial communities: Complete Factorial and Plackett-Burman. The first one was used to screen bacteria of importance in the degradation of raw feathers. It allowed the selection of four bacteria (Bacillus subtilis S14, NP4 Bacillus cereus, Bacillus subtilis NP5 and Macrococcus caseolyticus FCA7) and improved feather degradation in 4% by comparing the isolates and microbial communities. Using non-autoclaved feathers, the addition of Bacillus subtilis NP5 only was enough to increase the degradation of 14% to 33%. As occurs in raw feathers, the bacterium Bacillus subtilis NP5 was strongly involved and essential for obtaining high percentage of degradation. Biofilm formation in feather surface was demonstrated by scanning electron microscopy Whether this phenomenon was directly related to the production of keratinase and degradation of this waste was also evaluated. Considering the action of each bacterium strain alone or in communities, results show that there is not a direct relationship between the evaluated parameters. It was demonstrated that the highest degradation obtained by Bacillus subtilis NP5 appears to involve both the production of keratinase and high biofilm formation.