Fritid

A complexidade e variabilidade dos materiais e a dificuldade de obter amostras homogéneas representativas, tornam difícil o conhecimento pormenorizado das transformações bioquímicas que ocorrem durante o processo de compostagem (Gray et al., 1971b).

As macromoléculas presentes nos resíduos a compostar, são as próprias dos seres vivos: hidratos de carbono (açucares solúveis, celulose, hemicelulose, amido), lenhina, lípidos e proteínas, cujos processos genéricos de degradação são conhecidos (Sana e Soliva, 1987). As complexas transformações biológicas, conduzem fundamentalmente à remoção da celulose e de várias toxinas, deixando ácidos húmicos e lenhina (Biddlestone e Gray, 1986; Sana e Soliva, 1987). O grupo de compostos orgânicos mais facilmente degradáveis é constituído por açúcares, amido, glicogénio, pectinas, ácidos gordos, glicerol, lípidos, gorduras, fosfolípidos, aminoácidos, ácidos nucleicos e proteínas. Um segundo grupo de materiais de degradação mais lenta é constituído por hemicelulose, celulose, quitina e compostos aromáticos e alifáticos de baixo peso molecular. Por último, a lignocelulose e a lenhina são normalmente resistentes (Bardos e Lopez-Real, 1991, cit. in Stentiford, 1993)

Durante a compostagem ocorrem quase simultaneamente duas acções interdependentes nalguns aspectos mas, com velocidades diferentes: (i) decomposição e (ii) estabilização ou humificação da matéria orgânica (Sana e Soliva, 1987).

Sumariamente, a decomposição é um processo de simplificação, exotérmico, pelo qual moléculas orgânicas complexas são convertidas em moléculas orgânicas ou inorgânicas mais simples. Resulta principalmente da actividade dos microrganismos. A estabilização ou humificação, é um processo endotérmico, resultante tanto de processos bióticos como abióticos, pelo qual a partir das moléculas simples, obtidas pela decomposição ou, da

transformação de moléculas existentes no material, se obtêm novas macromoléculas, por reacções complexas de condensação e polimerização (Gray et al., 1971b; Sana e Soliva, 1987). As macromoléculas obtidas recebem o nome genérico de substâncias húmicas ou húmus (Sana e Soliva, 1987), caracterizando-se pela sua elevada resistência a posterior decomposição ou simplificação.

A descrição dos processos de decomposição e de estabilização, é importante para se poder antever as características do produto final da compostagem e, para entender e definir as variáveis que servirão para a sua classificação.

Do que se referiu, conclui-se que a decomposição e a estabilização resultam da combinação de três tipos de factores: (i) condições ambientais (nomeadamente: temperatura, humidade e arejamento), (ii) disponibilidade de nutrientes (nomeadamente azoto), (iii) tipo e quantidade de macromoléculas presentes no material inicial. A combinação destes factores determina a ocorrência de três tipos gerais de condições:

a) meio aeróbio básico b) meio aeróbio ácido c) meio anaeróbio

Por meio aeróbio básico entende-se um meio com pH entre 6 e 8 e, disponibilidade de azoto e outros elementos, normalmente catiões.

Em meio aeróbio ácido ocorrem condições opostas, que pela escassez de nutrientes para os microrganismos, associada geralmente a um pH baixo, limita a ocorrência da decomposição e da estabilização.

Em condições anaeróbias, independentemente da disponibilidade de nutrientes, é a falta de oxigénio o factor limitante, embora como foi referido, o processo nestas condições não se deva designar por compostagem. Contudo, condições anaeróbias podem ocorrer pontualmente num processo conduzido aerobiamente.

De um modo geral, num resíduo equilibrado em nutrientes e com um processo de compostagem bem conduzido, desenvolvem-se condições do tipo "aeróbias básicas". Se o material é pobre, ou ocorre insuficiente arejamento, estas tendem para "aeróbias ácidas" ou "anaeróbias".

Decomposição

A decomposição dos açúcares solúveis ou facilmente hidrolizáveis, como o amido, é relativamente rápida originando dióxido de carbono e água em condições aeróbias, juntamente com produto intermédios como álcoois e ácidos e, uma grande diversidade de produtos em condições anaeróbias, de acordo com o meio. Destaca-se a formação de ácidos, álcoois e de gases combustíveis (CH4 ou H2). Se ocorrerem condições de anaerobiose, as fermentações

ácidas, que passam a desenrolar-se, podem baixar excessivamente o pH, retardando ou inibindo o processo até ao restabelecimento de condições aeróbias (em meio com pH baixo apenas actuarão fungos). Situação idêntica ocorre, quando o material é à partida muito ácido. Para a decomposição dos açúcares solúveis ou facilmente hidrolizáveis, é necessária uma fonte de azoto, dada a pequena quantidade deste elemento que contêm.

A celulose é provavelmente o composto mais abundante nas plantas depois da água. Apresenta uma estrutura linear, aparentemente uniforme, contendo até 15000 unidades de D- glucose, o que dificulta a sua decomposição (Gray et al., 1971b; Lynch, 1993). Em condições favoráveis, aeróbias básicas, sofre ataque limitado por parte de bactérias e fungos basidiomicetas, raramente se convertendo completamente em água e dióxido de carbono. O mais frequente, é alguns carbonos das suas moléculas sofrerem oxidação a grupos carboxílicos originando ácidos poliurónicos, os quais juntamente com compostos azotados se incorporam no processo paralelo de estabilização (humificação). Tal como a lenhina, a celulose é pouco degradada a temperatura superior a 60 oC (Forsyth e Webley, 1948, cit. in Gray et al., 1971b). Os fungos termofílicos realizam o seu maior ataque à celulose ao baixar a temperatura, quando recolonizam o meio (Yung Chang e Hudson, 1967 e Rao e Block, 1962, cit. in Gray, et al., 1971b; Chen e Inbar, 1993), o que pode originar um decréscimo na taxa de decomposição do material a meio do processo, quando os fungos termofílicos são eliminados. Observa-se a redução do teor de celulose em 50% durante a compostagem de palha de aveia e da fracção fibrosa de estrume (estrume separado) (Alexander, 1977, cit. in Inbar et al., 1991; Inbar et al., 1989, cit. in Chen e Inbar, 1993; Inbar et al., 1991). Em condições anaeróbias, a celulose sofre o ataque de bactérias, originando como produtos intermédios álcoois e ácidos solúveis e finalmente produtos gasosos como CH4 ou H2. A celulose também necessita para a sua

decomposição, de uma fonte de azoto. A duração da fase termofílica é função do teor de celulose do material (Hoitink, 1980).

Hemiceluloses é o nome colectivo de heteropolissacáridos contendo as hexoses: glucose, manose e galactose e as pentoses: xilose e arabinose (Lynch, 1993). Formam

polímeros de 50 a 150 unidades. Sofrem um processo semelhante, mas são mais facilmente atacáveis que a celulose. A decomposição das hemiceluloses mantém-se a um nível mais ou menos regular ao longo do processo, pois os actinomicetas responsáveis pela sua degradação são mais tolerantes à alta temperatura (Gray et al., 1971b). Outros autores, afirmam que as hemiceluloses são rapidamente decompostas a temperatura superior a 60 oC, tal como as ceras e as proteínas (Forsyth e Webley, 1948, cit. in Gray et al., 1971b). Na compostagem de palha de aveia e de estrume separado, foi observada a redução das hemiceluloses a um terço do teor inicial (Alexander, 1977, cit. in Inbar et al., 1991; Inbar et al., 1991).

A lenhina é um polímero formado por cadeias aromáticas unidas por cadeias alifáticas laterais, com um peso molecular da ordem de 10000. Durante a polimerização ocorrem ligações com hemiceluloses. A heterogeneidade estrutural da lenhina tornam-na muito resistente à degradação (Gray et al., 1991b), a qual é sobretudo mais lenta (Lynch, 1993). É muito resistente à acção de substâncias químicas e subsiste alguma controvérsia acerca do papel dos microrganismos envolvidos, sobretudo das bactérias (Jansheaker e Fiecheter, 1982,

cit. in Corominas et al., 1987). Em meio aeróbio básico a lenhina é atacada por um número

restrito de fungos e posteriormente por bactérias (Deschamps et al., 1980; Jansheaker e Fiecheter, 1982, cit. in Corominas et al., 1987; Sana e Soliva, 1987), sem haver uma decomposição total, entrando num estado semi-oxidado no processo de humificação, incorporando compostos azotados (Sana e Soliva, 1987). Se o meio for ácido, a decomposição da lenhina é relativamente mais rápida, mas formam-se produtos intermédios, polifenóis solúveis, que são indesejáveis quer pelo seu caracter ácido (podem baixar excessivamente o pH do meio, retardando os processos biológicos em curso), quer pela sua toxidade (reduzindo a actividade enzimática e consequentemente os processos biológicos em curso). A presença de polifenóis solúveis pode ter um efeito fitotóxico afectando a germinação das sementes ou reduzindo o crescimento das jovens plantas. Waksman e Gerretsen (1931, cit. in Waksman et

al., 1938) estudando o processo de compostagem no intervalo entre 7 e 37 oC, observaram que, a baixas temperaturas, as lenhinas eram pouco ou nada atacadas, sendo necessário alcançar as temperaturas mais elevadas daquele intervalo, para a sua degradação. Este facto foi posteriormente confirmado por outros trabalhos, que destacam a maior actividade e eficácia dos microrganismos responsáveis pela degradação da lenhina, assim como da celulose, na zona mesofílica (McKinley et al., 1985). Durante a compostagem, as moléculas de lenhina alteram- se, perdendo grupos metoxi- e cadeias alifáticas laterais e, ganhando grupos carboxílicos e fenolico hidroxílicos (Gray et al., 1991b). A degradação das moléculas de lenhina origina os

ácidos húmicos. Durante a compostagem de palha de aveia e de estrume separado observa-se que o teor de lenhina praticamente não se altera (Alexander, 1977, cit. in Inbar et al.; 1991 Inbar et al., 1991). Em condições anaeróbias a lenhina praticamente não sofre alteração, decompondo-se contudo a celulose que se lhe encontra associada, pelo que o seu teor percentual se eleva durante o processo (Chen e Inbar, 1993). Também é necessária uma fonte externa de azoto para a decomposição da lenhina.

Lignoceluloses são complexos dos polímeros lenhina, celulose e hemicelulose. Constituem mais de 80% (p/p) da palha e a maior parte da matéria orgânica da madeira. São a base dos compostos, pelo que os microrganismos colonizadores dominantes estão envolvidos na sua degradação (Lynch, 1993).

Os lípidos, logo que, através de processos hidrolíticos (saponificações), ultrapassem o problema da sua insolubilidade no meio, que é essencialmente aquoso, sofrem uma decomposição rápida e versátil (Sana e Soliva, 1987). Os lípidos são inicialmente atacados por organismos mesofílicos e, a temperaturas mais elevadas, por actinomicetas e bactérias formadoras de esporos (Gray et al., 1971a).

Por último, as proteínas quando em condições ideais, aeróbias básicas, sofrem uma rápida decomposição, que tem os nitratos como produtos finais. Por vezes a presença destes nitratos é mínima por os seus percursores (aminoácidos e sais amoniacais) se irem incorporando no processo paralelo de humificação. Se o meio, embora aeróbio, for ácido, reduz-se a decomposição das proteínas, devido à actividade microbiana e, podem obter-se sais amoniacais, uma vez que não ocorrerá nitrificação por apenas haver fungos, os quais a não conseguem realizar. Em condições anaeróbias não ocorre nitrificação, obtendo-se como produtos finais amoníaco e sais amoniacais.

Estabilização ou humificação

A estabilização ou humificação, embora sendo um processo menos conhecido em relação aos resíduos orgânicos, parece ser favorecida por condições aeróbias básicas. A presença de oxigénio, a disponibilidade de nutrientes e o valor não restritivo do pH, conduzem a que os processos de decomposição e humificação sejam rápidos e muito interligados. Os primeiros produtos intermédios da proteólise, da celulólise e da lenhinolólise são incorporados na humificação. Sendo a decomposição um processo mais rápido que a humificação, é de esperar que, após uma correcta compostagem tenham desaparecido quase todos os compostos

orgânicos degradáveis e, que a humificação esteja bastante avançada. Obtêm-se deste modo, uma matéria orgânica fortemente resistente a posteriores decomposições.

É sugerido que os ácidos húmicos formados têm origem na condensação de resíduos de lenhina e de proteína de origem microbiana (Waksman, 1938, cit. in Gray et al., 1971b). Trabalhos posteriores confirmam esta teoria, mas indicam que substâncias semelhantes podem ser produzidas por diversos microrganismos a partir de hidratos de carbono, como a celulose ou a glucose e de uma fonte de azoto (Burman, 1961, cit. in Gray et al., 1971b).

A fase de estabilização ou maturação, serve do ponto de vista microbiológico, para a recolonização do meio, o aparecimento de supressividade natural e mesmo a introdução de promotores de crescimento das plantas (Inbar e Hoitink, não publicado, cit. in. Hoitink et al., 1993). A inoculação controlada de organismos com acção antagonista, seguida de incubação, permite a indução de capacidade de controlo biológico de doenças do solo (Hoitink et al., 1993).

Os processos descritos referem-se a processos típicos relativamente lentos. É sugerido que nos processos bastante acelerados artificialmente, as populações microbianas envolvidas e as reacções ocorridas possam ser diferentes (Gray et al., 1971b).

Na Figura 3, resumem-se alguns dos processos mais importantes de um processo de compostagem, para preparação de composto para cogumelos, cujo material inicial é predominantemente de natureza lignocelulósica.

Figura 3 - Representação esquemática das transformações ocorridas durante a preparação de um composto para cogumelos (Smith, 1990, cit. in Lynch, 1993).