Pasteurization-assisted solid-state bioconversion of Caragana korshinskii residues by Irpex lacteus n6

Nas paisagens áridas e semiáridas do norte da China, um arbusto resistente conhecido como Caragana korshinskii desempenha um papel vital na manutenção do solo e na restauração de ecossistemas frágeis. Esta planta, membro da família das leguminosas, prospera onde poucas outras conseguem, resistindo à seca e ao frio, enquanto suas raízes profundas ancoram a terra contra a erosão eólica. No entanto, à medida que esses arbustais amadurecem, as plantas tornam-se lenhosas e duras, acumulando uma espessa camada de resíduos de poda a cada ano. Embora milhões de toneladas desse material sejam produzidas anualmente, a maior parte é simplesmente queimada ou deixada para apodrecer, representando uma oportunidade perdida. O desafio reside na estrutura da planta: suas fibras estão presas em uma matriz rígida e rica em lignina que torna difícil a digestão pelos animais. Para transformar esse resíduo duro em alimento útil para animais, os cientistas recorrem aos próprios recicladores da natureza: os fungos. Certos fungos, particularmente as espécies de podridão branca, possuem a capacidade única de secretar enzimas que quebram a lignina, a "cola" que mantém as fibras vegetais unidas, desbloqueando efetivamente os nutrientes nela contidos. Esse processo biológico oferece uma alternativa mais suave e sustentável aos rigorosos tratamentos químicos frequentemente usados na indústria, potencialmente transformando um produto de desperdício em um recurso valioso para o gado.

Pesquisadores da Universidade Agrícola da Mongólia Interior estabeleceram o objetivo de encontrar o parceiro fúngico perfeito para essa tarefa específica. Eles coletaram onze linhagens selvagens diferentes de um fungo chamado Irpex lacteus dos próprios habitats onde os arbustos crescem. O objetivo era identificar qual dessas linhagens nativas conseguiria colonizar melhor o resistente resíduo do arbusto e decompô-lo de forma eficiente. A equipe testou primeiro a rapidez com que cada linhagem conseguia se espalhar por um leito de material triturado do arbusto. Embora todas as linhagens tenham crescido, duas delas, rotuladas como n4 e n6, expandiram-se mais rapidamente, cobrindo a superfície de teste em apenas uma semana. Para entender o porquê, os cientistas examinaram as enzimas que esses fungos produziam. Eles utilizaram testes simples de mudança de cor para observar quão bem os fungos conseguiam atacar diferentes partes da planta. Um teste mediu a capacidade de oxidar uma substância semelhante à lignina, enquanto outro verificou a capacidade de dissolver a celulose, a principal fibra estrutural das plantas. Os resultados mostraram que, enquanto algumas linhagens eram boas em uma coisa e outras em outra, a linhagem n6 destacou-se como a mais versátil. Ela produziu os níveis mais altos das enzimas específicas necessárias para desmantelar tanto a cola de lignina quanto as fibras de celulose, tornando-se a candidata mais forte para estudos posteriores.

Com a melhor linhagem identificada, os pesquisadores concentraram-se em como cultivá-la de forma mais eficaz. Eles testaram várias condições para ver o que ajudava o fungo a prosperar, experimentando com diferentes temperaturas, níveis de acidez e fontes de alimento. Descobriram que o fungo crescia melhor em uma temperatura quente de 30 graus Celsius em um ambiente levemente ácido. No que diz respeito ao alimento, o fungo preferia a maltose, um tipo de açúcar, e a peptona, um nutriente derivado de proteínas, como sua dieta primária. Para preparar uma quantidade suficiente deste fungo para tratar grandes quantidades de resíduos de arbustos, a equipe também precisava de uma maneira de cultivá-lo rapidamente em um meio à base de grãos. Eles testaram cinco grãos diferentes — trigo sarraceno, sorgo, milho, milheto e trigo — para ver qual suportaria o crescimento mais rápido. O trigo sarraceno provou ser o vencedor claro, permitindo que o fungo se espalhasse de forma mais rápida e densa do que nos outros grãos. Essa descoberta forneceu um método prático para produzir a quantidade necessária de cultura inicial fúngica para o experimento principal.

A fase final do estudo envolveu colocar o fungo para trabalhar no resíduo real do arbusto. Os pesquisadores prepararam o material vegetal triturado de duas maneiras diferentes para ver qual método funcionava melhor. Um grupo de amostras foi esterilizado usando vapor de alta pressão, um método padrão que mata todos os outros microrganismos, mas requer energia significativa. O outro grupo foi pasteurizado, um tratamento de calor mais suave que reduz os micróbios competidores sem esterilizar completamente o material. Ambos os grupos foram então inoculados com a linhagem I. lacteus n6 cultivada em trigo sarraceno e deixados para fermentar por 56 dias. Os resultados foram impressionantes. As amostras tratadas com o método de pasteurização mais suave e depois inoculadas com o fungo mostraram as melhorias mais dramáticas. Comparado ao controle não tratado e pasteurizado, o material fermentado viu seu conteúdo de fibra diminuir significativamente. A quantidade de fibra de detergente neutro, que representa a parede celular total indigerível, diminuiu quase 17 por cento. A fibra de detergente ácido, uma medida das partes ainda mais duras e menos digestíveis, também caiu cerca de 16,5 por cento. Mais impressionante ainda, a lignina de detergente ácido, o componente obstinado que torna a planta tão difícil de comer, foi reduzida em quase 50 por cento.

Além de apenas quebrar as fibras duras, o processo também melhorou o valor nutricional do alimento. A quantidade de proteína bruta no material tratado subiu de cerca de 8 por cento para mais de 12 por cento, enquanto os carboidratos solúveis em água, que fornecem energia rápida para os animais, aumentaram mais de cinco vezes. Essas mudanças sugerem que o fungo não apenas suavizou a estrutura da planta, mas também adicionou sua própria biomassa à mistura, enriquecendo o produto final. O estudo demonstrou que o uso de um fungo de origem local combinado com uma etapa simples de pasteurização é uma forma viável de elevar o nível deste abundante resíduo de arbustos. Embora a pesquisa confirme que o material se torna mais digestível e nutritivo, os autores observam que testes adicionais são necessários para ver quão bem os animais realmente consomem e utilizam este novo alimento. No entanto, o trabalho fornece uma base sólida para transformar um enorme e subutilizado fluxo de resíduos em uma potencial solução para a produção pecuária sustentável na região.