Biodegradação de madeira

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1 Biodegradação de madeira - Importância dos processos de biodegradação da madeira - Biodegradação da madeira em ambientes naturais - Organismos envolvidos na biodegradação da madeira - Biodegradação da madeira do ponto de vista microscópico - Enzimas envolvidas no processo degradativo - Limitação da parede celular lignificada à infiltração das enzimas (teorias emergentes sobre o processo degradativo) - Introdução às aplicações tecnológicas da biodegradação da madeira

2 Referências básicas para o tópico biodegradação da madeira Biological Wood degradation. (Nilsson T.), cap. 10, pp ; Enzymes degrading wood components (Tuula Teeri and Gunnar Henriksson), cap. 11, pp ; Biotechnology in the forestry industry. (Gunnar Henriksson and Tuula Teeri ), cap. 12, pp , em Pulp and Paper Chemistry and Technology, Volume 1 - Wood Chemistry and Wood Biotechnology, Monica Ek, Göran Gellerstedt, Gunnar Henriksson (eds.), Walter de Gruyter, Berlim Microbial and Enzymatic Degradation, em: Wood Chemistry, ultrastructure, reactions. Fengel D, Wegener, G (eds). Walter de Gruyter, Berlin, 1989, ap. 14, pp Fungos decompositores de materiais lignocelulósicos. (Ferraz A), em: Biologia de Fungos. Esposito, Elisa; Azevedo, João Lúcio. (Org.). Ed. UCS, Caxias do Sul, 2004, p Artigos específicos que serão abordados em seminários

3 Importância dos processos de biodegradação da madeira - A biodegradação da madeira e dos lignocelulósicos em geral constitui um importante ciclo do carbono na natureza - A madeira pode ser atacada ainda em pé, mas o mais comum é que seja infestada após ter caído no solo da floresta

4 Pode ser indesejável nos casos onde se usa a madeira com função estrutural: construção civil; cercas e postes em áreas rurais; embarcações de madeira.

5 Sob condições controladas e com fungos pré-selecionados, representa a base de um processo biotecnológico denominado biopolpação

6 Pulp Freeness (ml) Economia de energia para desfibrar e refinar uma madeira biotratada control biotreated Cumulative energy (wt.h/kg) Energy saving at Freeness of ml = 38%

7 Energy consumption during TMP and CTMP refining of biotreated E. grandis (450 ml Freeness) total energy 1st stage 2nd stage Average Energy (kwh/ton) Energy saving (%)

8 Biodegradação da madeira em ambientes naturais 1. Alguns insetos se alimentam de fragmentos de madeira que são posteriormente decompostos por fungos e bactérias. Perfuradores marinhos usualmente utilizam a madeira como local de refúgio e não como alimento (ambos não serão abordados nesse tópico) 2. Para os fungos degradadores, a madeira se parece com uma série de cavidades convenientemente orientadas rodeadas por alimento. 3. O nível de umidade é crítico. LEVY JF The natural-history of the degradation of wood. Philosophical transactions of the royal society of London - series a-mathematical physical and engineering sciences 321: : deve ser elevado o suficiente para a difusão de enzimas e outros metabólitos - não deve ser elevado em demasia para evitar a formação de ambientes anaeróbios - não deve ser baixo em demasia para evitar que fique abaixo do limite que permite a sobrevivência dos microrganismos

9 Biodegradação da madeira em ambientes naturais 1. Baixas concentrações de Nitrogênio nos lignocelulósicos representam uma condição limitante para a maioria dos microrganismos 2. Um lignocelulósico quando em contato com o solo em um ambiente natural é atacado por uma série de grupos de microrganismos que se sucedem ao longo de todo o processo biodegradativo a) bactérias b) bolores primários c) fungos de tingimento d) fungos de decomposição branda e) fungos degradadores de madeira (decomposição parda e decomposição branca) f) bolores secundários Estude e responda: do que cada grupo é capaz de se alimentar - Leitura suplementar: The natural-history of the degradation of wood (LEVY JF). Philosophical transactions of the royal society of London series a-mathematical physical and engineering sciences 321: , 1987

10 Organismos envolvidos na biodegradação da madeira fungos de decomposição branca white-rot fungi degradam todos os componentes da madeira fungos de decomposição parda brown-rot fungi degradam principalmente polissacarídeos fungos de decomposição branda soft-rot fungi Degradam lignina e polissacarídeos, porém em velocidades muito baixas

11 Componente (% do inicial) Componente (% do inicial) Componente (% do inicial) Balanço de massas dos componentes durante a biodegradação da madeira - Decomposição de Eucalyptus grandis A B Massa do lignocelulósico (% do inicial) Parda: Wolfiporia cocos Massa do lignocelulósico (% do inicial) Branca, não seletivo: Trametes versicolor C Massa do lignocelulósico (% do inicial) Branca, seletivo: Ceriporiopsis subvermispora Símbolos: Quadrado = glucana triângulo = polioses Círculo = lignina

12 Biodegradação da madeira do ponto de vista microscópico - As hifas do fungo penetram pelo lúmen

13 Biodegradação da madeira do ponto de vista microscópico Três tipos de ataque da parede celular 1. escamação no sentido lúmemlamela média, levando à diminuição progressiva e irregular da espessura da parede celular. 2. Remoção de lignina e polioses sem a simultânea erosão da parede celular vegetal (tem sido observado em fungos seletivos para a degradação de lignina). 3. Formação de microcavidades na parede secundária, causada por fungos de decomposição branda