Nieoczywiste zastosowania zwyczajnego pierza. Cykl: “Nauki Rolnicze XXI Wieku”

Pióra zazwyczaj kojarzone są z ptakami, które służą im do przemieszczania się, mają znaczenie w fizjologii warunkując m.in. termoregulację, wodoodporność, ochronę przed promieniowaniem UV, a także podczas zdobywania pożywienia i w komunikacji (Terrill i Shultz 2023). W domostwach pióra puchowe znane są jako wkłady do poduszek, a różne rodzaje piór jako ozdoby. Jednakże potencjał użytkowy piór wynika nie tylko z wymienionych funkcji, ale także z ich składu chemicznego. Zwłaszcza dotyczy to pierza odpadowego powstającego w dużych ilościach podczas produkcji i przetwórstwa drobiu.

Odpadowe pierze kurcząt podobnie jak inne odpady keratynowe tj. szczecina, sierść, rogi, kopyta itp. należą do odpadów wysokoazotowych i wysokosiarkowych. Zawierają 90% białka, głównie keratynę, od 12 do 18% azotu i od 2 do 5% siarki oraz 1,27% tłuszczów i 3,20% składników mineralnych (Korniłłowicz-Kowalska i Bohacz 2011). Niewłaściwie zagospodarowane, podczas niekontrolowanego mikrobiologicznego rozkładu, stanowią zagrożenie dla środowiska poprzez uwalnianie dużej ilości trujących gazów i mogą być źródłem mikroorganizmów patogennych (Korniłłowicz-Kowalska i Bohacz 2011, Li 2019).  Według Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) pierze kurcząt należy do odpadów trzeciej kategorii o małym zagrożeniu dla zdrowia ludzi i zwierząt, które może zostać poddane recyklingowi (Bohacz i Korniłłowicz-Kowalska 2009, Możejko i Bohacz 2023).

Wielu autorów podaje, że pióra z przemysłu drobiarskiego mogą być przetworzone na różne produkty za pomocą fizyko-chemicznych lub mikrobiologicznych metod (Korniłłowicz-Kowalska i Bohacz 2011; Reddy 2015; Bohacz 2017; Li 2019). Przetworzone pióra mogą znaleźć zastosowanie jako nowoczesne materiały kompozytowe, jako mikro- i nanocząstki do zastosowania medycznego, farmaceutycznego i w kosmetologii, jako środki klejące w przemyśle tekstylnym, jako absorbenty do oczyszczania zanieczyszczeń chemicznych wody, w rolnictwie jako bionawozy,  pasza dla zwierząt oraz jako substrat do pozyskiwania enzymów proteolitycznych i keratynolitycznych np. do zastosowania w przemyśle skórzanym (Korniłłowicz-Kowalska i Bohacz 2011, Reddy 2015, Li 2019). Stosowane metody fizyko-chemiczne chociaż są skuteczne w modyfikacji keratyny pierza wydają się być niekorzystne ze względów ekonomicznych i środowiskowych, ponieważ sprzyjają destrukcji niektórych aminokwasów i jednocześnie wymagają dodatkowych nakładów energii. Alternatywą do stosowania nieprzyjaznych środowisku metod w celu wytworzenia użytecznych produktów z piór są metody biologiczne z udziałem mikroorganizmów. Ograniczeniem w stosowaniu metod mikrobiologicznych jest specyficzna struktura białka keratynowego wynikająca z dużej ilości wiązań chemicznych w szczególności wiązań disiarczkowych warunkujących dużą odporność na lizę enzymatyczną.  Jednakże wśród dużej liczby mikroorganizmów znajdują się takie, które z powodzeniem powodują biodegradację tego trudnodegradowalnego białka. Do tych mikroorganizmów należą bakterie, promieniowce oraz dermatofity i grzyby z grupy Chrysosporium (Korniłłowicz-Kowalska i Bohacz 2011; Lasekan 2013; Bohacz 2017; Bohacz i Możejko 2024). 

Biorąc pod uwagę rolniczy i ogrodniczy kierunek zagospodarowania odpadów keratynowych za pomocą przyjaznych środowisku metod, kompostowanie odpadowego pierza z odpadami ligninocelulozowymi bogatymi w węgiel organiczny dostarcza produkt/bionawóz/kompost o wysokiej wartości nawozowej oraz próchnicotwórczej, który jest bezpieczny pod względem sanitarnym, fitosanitarnym i bez fitotoksycznego odziaływania (Bohacz 2019a, Bohacz 2019b). Otrzymane w wyniku grzybowej biodegradacji pierza hydrolizaty keratynowe charakteryzują się także dużą zawartością jonów amonowych i siarczanowych, co jest szczególnie ważne podczas nawożenia roślin o wysokim zapotrzebowaniu na siarkę. Wprowadzone doglebowo, w warunkach modelowych, rozcieńczone hydrolizaty keratynowe poprawiają na ogół aktywność biologiczną gleb i stymulują wzrost roślin. Hydrolizaty takie nie oddziałują także toksycznie na rośliny (Bohacz 2017, Bohacz i wsp. 2019, Możejko i Bohacz 2023).

dr hab. Justyna Bohacz prof. uczelni
dr inż. Michał Możejko
Katedra Mikrobiologii Środowiskowej
Wydział Agrobioinżynierii

Literatura

1. Terrill R.S., Shultz A.J. 2023. Feather function and the evolution of birds. Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society 98, 540-566. https://doi.org/10.1111/brv.12918

2. Korniłłowicz-Kowalska T., Bohacz J. 2011. Biodegradation of keratin waste: Theory and practical aspects. Waste Management 31, 1689-1701. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2011.03.024

3. Li Q. 2019. Progress in microbial degradation of feather waste. Frontiers in Microbiology 10, 2717. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.02717

4. Bohacz J., Korniłłowicz-Kowalska T. 2009. Changes in enzymatic activity in composts containing chicken feathers. Bioresource Technology 100, 3604-3612. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.02.042

5. Możejko M., Bohacz J. 2023. Effect of keratin hydrolysates obtained from feather decomposition by Trichophyton ajelloi on plant germination, growth and biological activity of selected arable soils under model conditions. Agronomy 13, 13010187. https://doi.org/10.3390/agronomy13010187

6. Reddy N. 2015. Non-food industrial applications of poultry feathers. Waste Management 45, 91-107. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.05.023

7. Lasekan A., Abu Bakar F., Hashim D. 2013. Potential of chicken by–products as sources of useful biological resources. Waste Management 33, 552–565. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2012.08.001

8. Bohacz J. 2017. Biodegradation of feather waste keratin by a keratinolytic soil fungus of the genus Chrysosporium and statistical optimization of feather mass loss. World Journal of Microbiology and Biotechnology 33, 1-16. https://doi.org/10.1007/s11274-016-2177-2

9. Bohacz J., Możejko M. 2024. Keratinolytic activity of pigmenting and non-pigmenting soils strains of Trichophyton ajelloi. International Biodeterioration & Biodegradation, 186, 105704. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2023.105704

10. Bohacz J. 2019a. Composts and water extracts of lignocellulosic composts in the aspect of fertilization, humus-forming, sanitary, phytosanitary and phytotoxicity value assessment. Waste and Biomass Valorization 10, 2837-2850. https://doi.org/10.1007/s12649-018-0334-6

11. Bohacz J. 2019b. Changes in mineral forms of nitrogen and sulfur and enzymatic activities during composting of lignocellulosic waste and chicken feathers. Environmental Science and Pollution Research International 26, 10333-10342. https://doi.org/10.1007/s11356-019-04453-2

12. Bohacz J., Korniłłowicz-Kowalska T, Możejko M. 2019. Preparat do użyźniania gleby i nawożenia roślin. Biuletyn Urzędu Patentowego, Wynalazki i wzory użytkowe, 24/2029, 23. ISSN-2543-5779