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

Referências básicas para o tópico “biodegradação da madeira”

Biological Wood degradation. (Nilsson T.), cap. 10, pp. 219-244;

Enzymes degrading wood components (Tuula Teeri and Gunnar Henriksson),

cap. 11, pp. 245-273;

Biotechnology in the forestry industry. (Gunnar Henriksson and Tuula Teeri ),

cap. 12, pp. 274-300, 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 2009.

Microbial and Enzymatic Degradation, em: Wood – Chemistry, ultrastructure,

reactions. Fengel D, Wegener, G (eds). Walter de Gruyter, Berlin, 1989, ap. 14,

pp. 373-406

Fungos decompositores de materiais lignocelulósicos. (Ferraz A), em: Biologia

de Fungos. Esposito, Elisa; Azevedo, João Lúcio. (Org.). Ed. UCS, Caxias do Sul,

2004, p. 215-242.

Artigos específicos que serão abordados em seminários

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

Pode ser indesejável nos casos onde se usa a madeira com função

estrutural: construção civil; cercas e postes em áreas rurais;

embarcações de madeira.

Sob condições controladas e com fungos pré-selecionados, representa

a base de um processo biotecnológico denominado “biopolpação”

0

100

200

300

400

500

600

0 500 1000 1500 2000 2500

Cumulative energy (wt.h/kg)

Pu

lp F

ree

ne

ss

(m

L)

control

biotreated

Energy saving at Freeness of 100 mL = 38%

Economia de energia para desfibrar e refinar uma madeira biotratada

Energy consumption during TMP and CTMP refining of biotreated E. grandis (450 mL Freeness)

1st stage

2nd stage

total energy

913 Average Energy (kWh/ton) 745 756 1038

Energy saving (%) 18 27

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.

- 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

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: 423-433:1987

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 321:423-433, 1987

Biodegradação da madeira em ambientes naturais

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

Símbolos:

Quadrado = glucana

triângulo = polioses

Círculo = lignina

Balanço de massas dos componentes durante a biodegradação da

madeira - Decomposição de Eucalyptus grandis

60

70

80

90

100

859095100

Co

mp

onen

te (%

do

inic

ial)

Massa do lignocelulósico (% do inicial)

C

60

70

80

90

100

708090100

Co

mp

onen

te (%

do

inic

ial)

Massa do lignocelulósico (% do inicial)

B

60

70

80

90

100

708090100

Co

mp

onen

te (%

do

inic

ial)

Massa do lignocelulósico (% do inicial)

A

Parda: Wolfiporia cocos Branca, não seletivo: Trametes versicolor

Branca, seletivo: Ceriporiopsis subvermispora

Biodegradação da madeira do ponto de vista

microscópico

- As hifas do fungo penetram pelo lúmen

Três tipos de ataque da parede celular

Biodegradação da madeira do ponto de vista microscópico

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

1. “escamação” no sentido lúmem-

lamela média, levando à diminuição

progressiva e irregular da espessura

da parede celular.