Avanços no Uso do Bagaço de Palma para Ração Animal

A biomassa lignocelulósica é um material feito de plantas. Inclui coisas como restos de cultivo, resíduos de madeira e detritos de jardim. Essa biomassa é complexa, composta principalmente por três componentes: celulose, hemicelulose e lignina. Também tem quantidades menores de proteínas, óleos e minerais. A biomassa lignocelulósica é barata, abundante e boa para o meio ambiente. Tem várias utilidades, como produzir energia, ração para animais, biocombustíveis e outros produtos valiosos como surfactantes e bioplásticos.

Mas aproveitar ao máximo a biomassa lignocelulósica não é fácil. Isso se deve às diferentes estruturas químicas de suas partes principais e às ligações fortes que as mantêm unidas. Por causa desses desafios, muitas vezes é necessário um processo de pré-tratamento para quebrar a biomassa antes que ela possa ser usada de forma eficaz. Existem vários métodos para esse pré-tratamento, incluindo físicos, químicos, biológicos e misturas dessas abordagens.

#Bagaço de Palma como Fonte de Biomassa

Um exemplo de biomassa lignocelulósica é o bagaço de palma (PKC). Depois de extrair o óleo das frutas da palma, o material restante forma o PKC. Enquanto o óleo de palma é usado para cozinhar e fazer sabões, o PKC serve como ração rica em proteínas para vacas. Dependendo de como o óleo é extraído, o PKC pode ser categorizado como farinha de palmiste (PKM) ou expelido de palmiste (PKE). O PKM tem menos óleo restante e é produzido usando solventes, enquanto o PKE, feito através da prensagem mecânica, contém mais óleo e tem um maior valor energético. Isso torna o PKE uma opção mais atraente para ração de gado.

O PKC é uma boa alternativa a ração comum como milho e farelo de soja. É barato, disponível o ano todo e não compete com a comida para humanos. No entanto, seu uso é limitado na alimentação de certos animais, como porcos e frangos, principalmente por causa do seu alto teor de fibras. As fibras no PKC podem causar problemas de digestão em animais não ruminantes. Essas fibras incluem uma mistura de galactomanana, celulose e outras variedades que não são facilmente digestíveis. Essa baixa Digestibilidade significa que o PKC deve representar apenas 20-25% das dietas de animais não ruminantes, enquanto pode chegar a 30-50% das dietas de ruminantes, como vacas.

Para melhorar o uso do PKC na alimentação animal, os pesquisadores estão procurando maneiras de aumentar a digestibilidade dos nutrientes, reduzindo o teor de fibras.

#Métodos para Melhorar a Utilização da Fibra

Uma abordagem para quebrar a fibra do PKC envolve o uso de microrganismos ou enzimas específicas. No entanto, esse tratamento baseado em enzimas pode ser caro devido à quantidade e variedade de enzimas necessárias. Além disso, os resultados de diferentes estudos podem variar devido a diferenças nos tipos de enzimas utilizadas e nas dietas testadas.

A Fermentação microbiana oferece uma solução mais econômica para converter biomassa lignocelulósica de baixo valor. A fermentação em estado sólido (SSF), onde os microrganismos crescem em materiais sólidos úmidos sem excesso de água, foi pesquisada para melhorar a nutrição de subprodutos agrícolas. A SSF pode utilizar eficientemente vários produtos de resíduos agrícolas e gera menos resíduos líquidos. Os microrganismos envolvidos nesse processo podem produzir enzimas que quebram fibras complexas, melhorando a digestibilidade enquanto potencialmente tornam a ração mais atraente e melhor em termos de aminoácidos.

Pesquisas indicam que tanto bactérias quanto fungos podem aumentar o teor de proteínas enquanto diminuem o teor de fibras no PKC através da fermentação. No entanto, muitos estudos enfatizaram longos tempos de fermentação, o que pode aumentar custos e riscos de contaminação. Por exemplo, um estudo mostrou redução significativa de fibra e aumento de proteína com certas bactérias após sete dias de fermentação.

Essa pesquisa foca na isolação de uma cepa específica de Bacillus Subtilis que pode reduzir rapidamente a fibra no PKC. Enquanto muitos estudos se concentram no PKE, esse estudo examina o PKM, que tem menor energia, mas pode oferecer mais benefícios através do processo de fermentação.

#Isolamento e Triagem de B. subtilis

A pesquisa começou isolando a cepa de Bacillus subtilis do exocarpo da fruta da palma, uma parte da fruta da palma. Para isso, os pesquisadores lavaram as frutas da palma, misturaram a lavagem com PKM esterilizado e deixaram a mistura incubar por duas semanas. Depois, passaram as bactérias para placas de ágar especiais para identificar colônias individuais. As cepas mais promissoras foram testadas pela sua capacidade de produzir enzimas que quebram mannan, um componente principal do PKC.

A cepa de B. subtilis com os melhores resultados foi identificada como cepa F6. Essa cepa não só produziu uma boa quantidade de Mannanase, mas também mostrou uma resposta rápida quando cultivada em PKM.

#Fermentação em Estado Sólido do PKM

Nos experimentos de fermentação, o PKM foi esterilizado e, em seguida, inoculado com a cepa F6. A fermentação ocorreu incubando o PKM a 37°C por até 24 horas. Após a fermentação, os pesquisadores analisaram a atividade enzimática e o teor de fibra do PKM.

O estudo encontrou que mesmo em apenas seis horas de fermentação, uma atividade significativa de mannanase estava presente. O teor de fibra (medido como fibra detergente neutra, ou NDF) apresentou uma redução de 78,4% para 60,9% após apenas uma noite de fermentação. Essa queda na fibra é crucial para melhorar a digestibilidade do PKM quando usado como ração animal.

#Analisando a Atividade Enzimática

A atividade de mannanase foi medida usando um método que determina quanto açúcar redutor é liberado durante a quebra do PKM. Os resultados indicaram que B. subtilis F6 foi muito eficaz na produção de mannanase, o que ajudou a reduzir o teor de fibra no PKM.

Para investigar mais, os pesquisadores analisaram os genes expressos pela cepa de B. subtilis durante a fermentação. Eles encontraram uma regulação significativa para cima de genes relacionados à produção de mannanase, sugerindo uma resposta robusta para quebrar a fibra no PKM.

#Análise Genética e de Proteínas

O estudo envolveu a extração do material genético de B. subtilis F6 para entender melhor suas enzimas. Ao analisar a expressão gênica, os pesquisadores descobriram que enzimas específicas relacionadas à quebra de mannan estavam sendo produzidas em níveis mais altos durante a fermentação. Entre elas estavam duas enzimas importantes: GmuG e EglS, que desempenham papéis vitais na quebra de mannan e celulose.

B. subtilis F6 foi então geneticamente modificado para produzir essas enzimas. Os pesquisadores conseguiram expressar com sucesso as proteínas GmuG e EglS em E. coli para obter amostras purificadas para testes adicionais.

#Hidrolise do PKM Usando Proteínas Recombinantes

As enzimas recombinantes purificadas foram testadas no PKM para examinar sua eficácia. O estudo mediu quão bem essas enzimas poderiam liberar açúcares redutores do PKM ao longo do tempo. Os resultados mostraram que a enzima GmuG foi particularmente eficaz, indicando seu papel crucial na quebra das fibras do PKC.

Curiosamente, a enzima endoglucanase EglS não parecia contribuir significativamente para a quebra do PKM, o que destacou que GmuG foi a principal enzima envolvida no processo.

#Propriedades Bioquímicas da Enzima

O estudo também explorou as propriedades bioquímicas da GmuG, incluindo suas condições ótimas para atividade, como temperatura e pH. Foi encontrado que a enzima funcionava melhor em temperaturas entre 50-55°C. Além disso, apresentava atividade em diferentes níveis de pH, mostrando versatilidade.

Os testes de especificidade de substrato confirmaram que a GmuG trabalhava principalmente em substratos de mannan, com pouca ou nenhuma atividade em celulose ou outros carboidratos, confirmando seu papel na quebra dos componentes principais do PKC.

#Conclusão

Em resumo, os pesquisadores isolaram com sucesso uma cepa produtora de alta mannanase de Bacillus subtilis do exocarpo da fruta da palma, que foi eficaz na fermentação da farinha de palmiste para reduzir o teor de fibras. Esse processo pode melhorar a digestibilidade do PKM, tornando-o uma opção de ração mais valiosa para o gado.

A enzima identificada GmuG foi central para esse processo, mostrando atividade forte na quebra de mannan. Trabalhos futuros podem focar em otimizar ainda mais essa bactéria e explorar seu uso em outros subprodutos agrícolas.

Essa pesquisa estabelece as bases para melhorar o uso da biomassa lignocelulósica, tornando-a uma solução prática para criar ração animal eficaz e nutritiva.