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Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.11, n.1, p.81-86, 2009 81 ISSN 1517-8595 AVALIAÇÃO DO POTENCIAL BIOTECNOLÓGICO DE BACTÉRIAS DO GÊNERO Bacillus NA DEGRADAÇÃO DE RESÍDUOS DE PELE SUÍNA NA INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA Eduardo Reginato 1 , Mário Lettieri Teixeira 2* RESUMO As bactérias apresentam uma grande importância na produção de diversos alimentos, outras têm um grande potencial em gerar enzimas que degradam a matéria orgânica. Esta degradação é de grande importância para o meio ambiente, pois a eliminação destes resíduos não causará nenhum dano para gerações futuras. A maioria das indústrias que processam matéria-prima de origem animal encontra problemas com a grande quantidade de resíduos sólidos gerados pela produção de alimentos. Portanto, o objetivo deste estudo é verificar a produção de proteases bacterianas. Para execução do experimento, as amostras de resíduo de pele foram coletadas em indústrias da região oeste de Santa Catarina, sendo utilizado resíduo de pele suína bruta e resíduo de pele suína processada. A verificação do potencial biotecnológico de bactérias do gênero Bacillus na degradação de resíduos consistiu no uso destes resíduos em meio de cultura e inoculação das respectivas espécies de bactérias do gênero Bacillus. Os resultados foram mais expressivos nas amostras de pele suína processada, onde ocorreu uma média de degradação em torno de 58% (p/p). Enquanto, nas amostras de resíduo de pele suína bruta ocorreu uma média de degradação de 24% (p/p). Deste modo, o resíduo de pele suína processada é mais susceptível a atividade catalítica das enzimas bacterianas. A perspectiva deste estudo é encontrar uma ferramenta capaz de auxiliar as empresas alimentícias que encontram problemas com o acúmulo de resíduos oriundos do processamento da matéria-prima animal. Palavras-chave: bactérias, Bacillus, pele suína, degradação EVALUATION OF THE BIOTECHNOLOGICAL POTENTIAL OF BACTERIA OF THE GENDER Bacillus IN THE DEGRADATION OF RESIDUES OF SKIN OF SWINE IN THE INDUSTRY OF FOODS ABSTRACT The bacteria present a great importance in the production of several foods, another have a great potential in generating enzymes that degrade the organic matter. This degradation is of great importance for the environment, because the elimination of these residues won't cause any damage for future generations. Most of the industries that process raw material of animal origin finds problems with the great amount of solid residues generated by the production of foods. Therefore, the objective of this study is to verify the production of bacterial proteases. For execution of the experiment, the samples of skin residue were collected in industries of the area west of Santa Catarina, being used residue of skin rude swine and residue of skin processed swine. The verification of the biotechnological potential of bacteria of the gender Bacillus in the degradation of residues consisted of the use of these residues in middle of culture and inoculation of the respective species of bacteria. The results were more expressive in the samples of skin processed swine, where it happened with a degradation average around 58% (p/p). While, in the samples of residue of skin Protocolo 1158 de 11/10 /2008 1 Aluno Curso de Química Industrial de Alimentos. Universidade do Contestado - Campus Concórdia - Concórdia, Santa Catarina. ² Prof. M.Sc. Curso de Farmácia. Universidade do Contestado - Campus Concórdia - Concórdia, Santa Catarina. Universidade Comunitária de Chapecó - UNOCHAPECÓ. Av. Senador Attílio Fontana, 591-E, Efapi, Chapecó, Santa Catarina. Email: [email protected]. *Autor correspondente

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Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.11, n.1, p.81-86, 2009 81 ISSN 1517-8595

AVALIAÇÃO DO POTENCIAL BIOTECNOLÓGICO DE BACTÉRIAS DO GÊNERO Bacillus NA DEGRADAÇÃO DE RESÍDUOS DE PELE SUÍNA NA INDÚSTRIA

ALIMENTÍCIA

Eduardo Reginato1, Mário Lettieri Teixeira2*

RESUMO

As bactérias apresentam uma grande importância na produção de diversos alimentos, outras têm um grande potencial em gerar enzimas que degradam a matéria orgânica. Esta degradação é de grande importância para o meio ambiente, pois a eliminação destes resíduos não causará nenhum dano para gerações futuras. A maioria das indústrias que processam matéria-prima de origem animal encontra problemas com a grande quantidade de resíduos sólidos gerados pela produção de alimentos. Portanto, o objetivo deste estudo é verificar a produção de proteases bacterianas. Para execução do experimento, as amostras de resíduo de pele foram coletadas em indústrias da região oeste de Santa Catarina, sendo utilizado resíduo de pele suína bruta e resíduo de pele suína processada. A verificação do potencial biotecnológico de bactérias do gênero Bacillus na degradação de resíduos consistiu no uso destes resíduos em meio de cultura e inoculação das respectivas espécies de bactérias do gênero Bacillus. Os resultados foram mais expressivos nas amostras de pele suína processada, onde ocorreu uma média de degradação em torno de 58% (p/p). Enquanto, nas amostras de resíduo de pele suína bruta ocorreu uma média de degradação de 24% (p/p). Deste modo, o resíduo de pele suína processada é mais susceptível a atividade catalítica das enzimas bacterianas. A perspectiva deste estudo é encontrar uma ferramenta capaz de auxiliar as empresas alimentícias que encontram problemas com o acúmulo de resíduos oriundos do processamento da matéria-prima animal. Palavras-chave: bactérias, Bacillus, pele suína, degradação

EVALUATION OF THE BIOTECHNOLOGICAL POTENTIAL OF BACTERIA OF THE GENDER Bacillus IN THE DEGRADATION OF RESIDUES OF SKIN OF SWINE IN THE

INDUSTRY OF FOODS

ABSTRACT

The bacteria present a great importance in the production of several foods, another have a great potential in generating enzymes that degrade the organic matter. This degradation is of great importance for the environment, because the elimination of these residues won't cause any damage for future generations. Most of the industries that process raw material of animal origin finds problems with the great amount of solid residues generated by the production of foods. Therefore, the objective of this study is to verify the production of bacterial proteases. For execution of the experiment, the samples of skin residue were collected in industries of the area west of Santa Catarina, being used residue of skin rude swine and residue of skin processed swine. The verification of the biotechnological potential of bacteria of the gender Bacillus in the degradation of residues consisted of the use of these residues in middle of culture and inoculation of the respective species of bacteria. The results were more expressive in the samples of skin processed swine, where it happened with a degradation average around 58% (p/p). While, in the samples of residue of skin

Protocolo 1158 de 11/10 /2008 1Aluno Curso de Química Industrial de Alimentos. Universidade do Contestado - Campus Concórdia - Concórdia, Santa Catarina. ² Prof. M.Sc. Curso de Farmácia. Universidade do Contestado - Campus Concórdia - Concórdia, Santa Catarina. Universidade Comunitária de Chapecó - UNOCHAPECÓ. Av. Senador Attílio Fontana, 591-E, Efapi, Chapecó, Santa Catarina. Email: [email protected]. *Autor correspondente

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rude swine it happened an average of degradation of 24% (p/p). This way, the residue of skin processed swine is more sensitive the catalytic activity of the bacterial enzymes. The perspective of this study is to find a tool capable to aid the nutritious companies that find problems with the accumulation of residues originating from of the processing of the animal raw material. Keywords: bacteria, Bacillus, skin swine, degradation

INTRODUÇÃO

A região Oeste de Santa Catarina tem um grande potencial na industrialização de alimentos de origem animal. Grande parte das indústrias aqui instaladas encontra problemas ambientais, devido à geração de resíduos sólidos (Santa Catarina, 2008).

As bactérias que auxiliam tanto na degradação quanto na produção de alimentos, vêm sendo utilizadas há muito tempo na indústria de alimentos, facilitando de forma significativa à produção dos alimentos (Ordóñez, 2005).

O objetivo de um processamento industrial é a transformação de matérias-primas em produtos. Como decorrências desse processamento, além do produto cuja fabricação é intencional, são gerados outros materiais de maneira não-intencional, alguns dos quais tem valor comercial e outros que são totalmente indesejáveis. Estes últimos são os resíduos industriais, aos quais é necessário dar-lhes um destino, pois não podem ser acumulados indefinidamente nos locais onde são gerados (Lima et al., 2001).

Os processos enzimáticos correspondem a uma das mais recentes tecnologias para o tratamento biológico de efluentes. Dentro deste contexto, cabe às enzimas ligninolíticas (lignina peroxidase e manganês peroxidase) um papel de destaque, em função da sua capacidade para degradar um grande número de substâncias tóxicas e persistentes (Freire, 2000).

Segundo Lima et al. (2001), a ação catalítica das enzimas se faz através da redução de energia de ativação da reação, sem alteração do seu equilíbrio termodinâmico. Além de reduzirem significativamente a energia de ativação, incrementando a velocidade de reação, as enzimas apresentam elevada especificidade. Essa especificidade pode se expressar quanto ao tipo de reação ou de substrato.

As células microbianas são as fontes de enzimas mais usadas nas indústrias. As enzimas microbianas são mais úteis que as enzimas derivadas de plantas e animais, devido à sua grande variedade de atividades catalíticas e por serem obtidas em grandes quantidades de maneira regular, barata e qualidade uniforme (Wiseman, 1991).

As aplicações de diversos grupos de enzimas se dão pela necessidade de hidrolisar polímeros complexos para aumentar sua posterior degradação microbiológica. Entre os diversos exemplos, pode-se incluir o emprego de lipases associadas com os cultivos bacterianos para eliminar a graxa depositada nas paredes das tubulações que transportam o efluente. Outras enzimas degradantes de polímeros utilizadas de forma similar são celulases, proteases e amilases (Gacesa & Hubble, 1990).

As proteases produzidas por espécies de Bacillus licheniformis são usadas nas indústrias de couro, processados de carne, pescados e derivados lácteos. Já as proteases sintetizadas por Bacillus subtilis são utilizadas nas indústrias de produção de bebidas e pães (Wiseman, 1991).

Sales e colaboradores (2008) citam a queratinase como uma importante enzima específica das proteases. Apresentam a propriedade de degradar substratos queratinosos. Possuem um elevado potencial na aplicação nas indústrias de alimentos e têxteis, na medicina e em cosméticos. Estas enzimas diferenciam-se das outras proteases e peptidases pela melhor capacidade de degradação de proteínas fibrosas. Podem ter um importante papel em processos biotecnológicos na degradação de penas da indústria avícola, hidrolisando a queratina e produzindo peptídeos e aminoácidos.

A utilização de bactérias para fins industriais vem facilitando a industrialização dos alimentos. Estas são muito utilizadas para produção de alimentos fermentados e no melhoramento de características organolépticas de determinados alimentos (Ordóñez, 2005).

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Para utilizar bactérias que possam auxiliar na degradação de resíduos, é preciso conhecer a composição do resíduo que será degradado. No caso deste estudo, o resíduo testado é de pele suína. Esta matéria-prima apresenta em torno de 81% (p/p) de colágeno presente na pele suína. O colágeno é composto por uma grande quantidade de glicina, prolina e uma pequena quantidade de hidroxiprolina (Ward & Courts, 1977). Desta maneira, este trabalho tem como objetivo analisar a capacidade de produção de enzimas biodegradantes por bactérias do gênero Bacillus.

MATERIAIS E MÉTODOS

Amostragem

Os resíduos de pele suína, tanto processada e bruta, utilizados neste estudo foram cedidos por empresas alimentícias da região de Concórdia, SC. Foram coletados 1 kg de resíduo de pele suína bruta e 1 kg de resíduo de pele suína processada. Estas amostras foram adquiridas no período de 07 de dezembro a 10 de dezembro de 2008. Bactérias do gênero Bacillus

As espécies de bactérias do gênero Bacillus utilizadas foram obtidas da coleção de culturas bacterianas do laboratório de microbiologia da UnC-Concórdia.

Análise das amostras

Os experimentos foram realizados no laboratório de microbiologia da UnC-Concórdia. A verificação do potencial biotecnológico do gênero Bacillus na degradação de resíduos foi realizada baseada na técnica desenvolvida por Cladera-Oliveira (2004).

Para realização dos testes com o resíduo de pele suína processada e bruta, foram pesadas duas amostras para cada tipo de bactéria. As bactérias utilizadas foram B. cereus, B.

liqueniformis, B. amyloliquefaciens, B. thuringiensis e B. subtilis. Para cada amostra, foram pesados 5g de resíduo (previamente seco) e transferidos para erlenmayers de 250 mL e misturados com 100 mL de água destilada. Tendo as amostras pesadas, todas elas foram levadas para autoclave a 120ºC/15 min. Depois de autoclavado, o resíduo foi usado como meio de cultura. Foram inoculados 100 µL de uma solução salina contendo aproximadamente 106 UFC/mL de cada bactéria no respectivo erlenmayer do meio de cultura. O experimento foi realizado em triplicata para cada bactéria. Depois de inoculadas as bactérias, as amostras foram incubadas em estufa a 37ºC/72 h. Em um intervalo de a cada 24 horas, as amostras eram agitadas para aumentar o potencial de degradação. Ao final do período de incubação, as amostras foram filtradas em papel filtro (previamente seco e tarado) e colocadas em estufa de secagem a 50ºC/24 h. No término deste tempo, as amostras foram pesadas para o cálculo de rendimento da degradação. Cálculo do rendimento

A avaliação do rendimento da degradação das amostras foi realizada a partir da diferença de massa inicial do resíduo em relação à massa final do resíduo. A partir da diferença de massa entre as amostras foi calculada a porcentagem de rendimento em que cada bactéria tem para degradar o resíduo de pele. O cálculo se resume em: R = ((MA – MAF)/MA) x 100. Onde: R = Degradação do resíduo em porcentagem (atividade enzimática) MA = Massa da amostra seca inicial MAF = Massa da amostra seca final

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados da degradação dos resíduos industriais por ação de enzimas bacterianas estão descritos na tabela 1 e 2.

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Tabela 1. Rendimento (em porcentagem) da degradação do resíduo de pele suína processada por bactérias do gênero Bacillus.

Bactéria Massa amostra seca inicial (MA) (g)*

Massa amostra seca final (MAF) (g)*

Rendimento (%)

B. cereus 5,0448 2,0710 58,95 5,0062 2,0444 59,16 5,0289 2,0614 59,01

B. liqueniformis 5,0100 2,0604 58,87 5,0659 2,1057 58,43 5,0466 2,1279 57,84

B. amyloliquefaciens 5,0412 2,1361 57,63 5,0583 2,1213 58,06 5,0506 2,0577 59,26

B. thuringiensis 5,0544 2,0951 58,55 5,0106 2,0365 59,36 5,0251 2,1427 57,36

B. subtilis 5,0414 2,0602 59,13 5,0013 2,0284 59,44 5,0003 1,9318 61,38

* cada valor é a média de três amostras.

Tabela 2. Rendimento (em porcentagem) da degradação do resíduo de pele suína bruta por bactérias do gênero Bacillus.

Bactéria Massa amostra seca inicial (MA) (g)*

Massa amostra seca final (MAF) (g)*

Rendimento (%)

B. cereus 5,0845 3,8755 23,78 5,0653 3,8362 24,27 5,0007 3,8409 23,19

B. liqueniformis 5,0273 3,8065 24,28 5,0130 3,6862 26,47 4,9838 3,7444 24,87

B. amyloliquefaciens 5,0913 3,5811 29,66 5,0271 3,7038 26,32 5,0411 3,6877 26,85

B. thuringiensis 5,0440 3,7176 26,30 4,9970 3,7236 25,48 5,0399 3,5301 29,96

B. subtilis 5,0775 3,6292 28,52 5,0069 3,6868 26,37 5,0624 3,7010 26,89

* cada valor é a média de três amostras.

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A média do rendimento da degradação da pele suína processada foi de 58,32 (B. amyloliquefaciens) a 59,98% (B. subtilis). Enquanto, o rendimento médio variou de 23,75 (B. cereus) a 27,61% (B. amyloliquefaciens) para a pele suína bruta. Sendo assim, com base nos resultados encontrados, pode-se aferir que a degradação dos resíduos de pele suína foi mais efetiva, quando este resíduo sofre processos tecnológicos.

Esta diferença está atrelada ao tipo de processo que a matéria-prima é submetida. Uma das etapas deste processo é o aquecimento a altas temperaturas, causando a quebra de ligações químicas entre os componentes do resíduo. Esta clivagem facilita a ação de enzimas bacterianas com a capacidade de hidrolisar proteínas. A hidrólise de proteínas por aquecimento, reduz o tamanho das mesmas, e expõem os resíduos de aminoácidos para a ação de proteases bacterianas (Belitz & Grosch, 1993).

O rendimento de aproximadamente 60% para o resíduo de pele suína processado apresenta uma importância relevante para a questão do descarte de resíduos industriais. Uma solução para este problema poderia estar relacionada com o fato de que as empresas deveriam contar com tanques digestores, e nestes equipamentos adicionarem culturas bacterianas do gênero Bacillus. Esta digestão é de forma lenta, mas apresenta a grande vantagem de ser limpa em termos de meio ambiente. Somado ao fato deste processo ser demorado, existe a questão de que os tanques necessitariam de um espaço físico considerado, visto que o acúmulo de resíduos nos tanques deve considerar a capacidade de biodigestão destas bactérias, ou seja, da velocidade de produção de proteases. A vantagem desta técnica é em relação ao custo de implantação, sendo necessárias somente as colônias iniciadoras e a partir disto, com base no metabolismo bacteriano, as culturas iriam se multiplicar rapidamente, atingindo a capacidade máxima de digestão em pouco tempo. Para o mercado, o uso de técnicas que ajudem a controlar a poluição ambiental torna-se extremamente caras em um primeiro momento. Além disso, as indústrias ainda apresentam uma determinada resistência em utilizar recursos para a implantação de programas de monitoramento ambiental, sendo assim, este tipo de processo de

degradação vem de encontro com a atual situação do mercado, em que pode ser utilizada uma técnica de baixo custo com um rendimento bastante satisfatório.

Desse modo, são poucas as indústrias que conseguem destinar de maneira correta estes resíduos. Assim sendo, a opção para de utilização de enzimas provenientes de microrganismos é feita desde 1950, entre estes, os mais importantes são bactérias e fungos. As bactérias degradadoras pertencem, principalmente, aos gêneros Bacillus, Pseudomonas, Aeromonas, Corynebacterium, Mycobacterium, Burkholderia, entre outros (Mutnuri et al., 2005; Jacques et al., 2005) e vários fungos dos gêneros Cunnighamella, Phanerochaete, Fusarium, Candida, Penicillium, Pleorotus, Trametes, Aspergillus, Bjerkandera, Chrysosporium e outros (Jacques et al., 2005).

Algumas espécies de Bacillus já têm uma história de uso seguro na indústria, inclusive na produção de aditivo de comida (de Bôer & Diderichsen, 1991). Teixeira et al (2009) demonstrou a atividade emulsificante de proteínas produzidas pela espécie de B. liqueniformis. Portanto, o processo de degradação destes resíduos, pode estar atrelado também à produção de outros metabólitos bacterianos, tais como glicoproteínas e lipoproteínas, que facilitariam a ação das proteases.

Contudo, a questão do cuidado com o meio ambiente, é hoje sem sombra de dúvida o fato que mais preocupa o mundo inteiro, e a descoberta de novas técnicas para o tratamento de resíduos industriais é de suma importância para a sobrevivência do planeta.

CONCLUSÕES

Um dos grandes desafios da humanidade é

a questão da preservação do meio ambiente. Portanto, este trabalho buscou uma alternativa para a degradação de resíduos provenientes de indústrias que processam pele suína. O rendimento obtido é extremamente promissor, abrindo a possibilidade desta metodologia ser utilizada em escala piloto nas indústrias como uma tentativa de reduzir o impacto ambiental causado por estas, quando despejam no meio ambiente seus resíduos.

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edição, Editora Edgard Blücher. São Paulo. 2001.

Mutnuri, S.; Vasudevan, N.; Kaestner, M. Degradation of anthracene and pyrene supplied by microcrystals and non-aqueous-phase liquids. Applied Microbiology and Biotechnology , v.67, n.4, p.569-576, 2005.

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