Attività enzimatiche

La caratterizzazione e la quantificazione delle attività enzimatiche durante il compostaggio può riflettere la dinamica del processo, in termini di trasformazione e decomposizione della sostanza organica, fornendo anche informazioni utili sul livello di maturità del compost prodotto (Tiquia 2002).

5.2.1.Deidrogenasi

La deidrogenasi è un enzima intracellulare ed è in relazione con i processi di fosforilazione ossidativa che avvengono all’interno delle cellule microbiche (Trevors, 1984; Alef, 1991). L’attività di questo enzima, in diversi sistemi biologici come il terreno, i residui organici, ecc., viene usata per la stima dell’attività microbica totale (Garcia et al., 1997; Masciandaro et al., 2000). All’inizio del processo di compostaggio l’attività deidrogenasica è risultata maggiore nel cumulo 2 rispetto al cumulo 1 (P<0,05). Nonostante entrambi i cumuli abbiano avuto lo stesso andamento nel tempo, hanno presentato differenti livelli di significatività. Infatti, il cumulo 2 ha subito una diminuzione altamente significativa (P<0,01) durante tutti i 120 giorni di sperimentazione, mentre il cumulo 1 ha mostrato una significativa diminuzione soltanto nei primi 90 giorni di sperimentazione (P<0,01). Alla fine del processo di compostaggio non sono state rilevate differenze significative per quanto riguarda il valore dell’attività tra i due cumuli. L’andamento è probabilmente dovuto a quello dei composti del carbonio prontamente disponibili come confermato dalla stretta correlazione tra l’attività deidrogenasica e il carbonio idrosolubile (tabella 5.29-5.30-5.31). Anche altre sperimentazioni, riguardanti i processi di vermicompostaggio di fanghi biologici, hanno confermato i risultati ottenuti in questa tesi (Benitez et al., 1999).

Risultati e discussione

Tabella 5.15: Valori dell’attività deidrogenasica rilevati durante la sperimentazione.

Deidrogenasi : µµgINTF/gss h

Materiale di partenza (fango) 140 ±17,6

0 giorni Dev. St. 90 giorni Dev. St. 120 giorni Dev.St.

Cumulo 1 75,2 ±3,20 13,4 ±0,73 10,2 ±1,85 Cumulo 2 112 ±4,57 44,5 ±2,26 3,81 ±0,14 Deidrogenasi 0 40 80 120 160

0 giorni 90 giorni 120 giorni

µµ

gINTF/g

ss

h

Cumulo 1 Cumulo 2

Figura 5.14: Andamento dell’attività deidrogenasica durante la sperimentazione (media ± deviazione standard).

Risultati e discussione

5.2.2.ββ−−glucosidasi

La β-glucosidasi, un enzima legato al ciclo del carbonio, catalizza la conversione idrolitica del cellobiosio (dimero del glucosio derivante dalla degradazione della cellulosa) a glucosio ed il suo andamento è perciò molto utile per seguire il processo di mineralizzazione della sostanza organica (Cook et al., 1992).

O CH₂OH OH OH OH OH O _OH OH CH2OH O B-glucosidasi O CH2OH OH OH OH β− D-glucosio Cellobiosio

2

L’attività dell’enzima, al tempo iniziale, è significativamente più alta nel cumulo 2 rispetto al cumulo 1 (P<0,05), e l’andamento ha mostrato una significativa diminuzione tra il primo ed il secondo campionamento per entrambi i cumuli (P<0,05). Dopo 90 giorni di sperimentazione non sono state riscontrate differenze significative per questo parametro tra i due cumuli. Il calo dell’attività può probabilmente essere attribuito al consumo della materia organica facilmente metabolizzabile per i microrganismi, confermando la stretta correlazione con il carbonio idrosolubile (tabella 5.29-5.30-5.31). Questo risultato è stato anche riscontrato nel processo di compostaggio con residui di potatura e sfalci verdi e di (Mondini et al., 2004) vermicompostaggio dei fanghi biologici (Benitez et al., 1999).

Risultati e discussione

Tabella 5.16: Valori dell’attivita β-glucosidasica rilevati durante la sperimentazione.

β−

β−glucosidasi: µµgPNF/gss h

Materiale di partenza (fango) 1267 ±54,1

0 giorni Dev. St. 90 giorni Dev. St. 120 giorni Dev.St. Cumulo 1 761 ±9,03 249 ±3,18 289 ±38,5 Cumulo 2 980 ±100 333 ±35 241 ±13,2 β β -glucosidasi 0 400 800 1200

0 giorni 90 giorni 120 giorni

µµ g P N F /gss h Cumulo 1 Cumulo 2

Figura 5.15: Andamento dell’attività β-glucosidasica durante la sperimentazione (media ± deviazione standard).

Risultati e discussione

5.2.3.Fosfatasi

Le fosfatasi sono enzimi legati al ciclo del fosforo, in quanto catalizzano l’idrolisi degli esteri fosforici liberando fosfato inorganico, elemento fondamentale per la nutrizione delle piante. Sono enzimi che presentano una bassa specificità e quindi in grado di catalizzare reazioni a partire da diversi tipi di substrato (Alef et al., 1995). R O P O O O H2O + Fosfatasi ROH + O O P O H O

Durante il corso della sperimentazione il valore dell’attività di questo enzima non è stato significativamente diverso tra i due cumuli. Una diminuzione significativa è stata riscontrata soltanto tra il primo ed il secondo campionamento per entrambi i cumuli (P<0,05), mentre tra il secondo ed il terzo non sono emerse differenze. Questo andamento riflette un elevato contenuto di composti organici del fosforo al tempo iniziale del processo di compostaggio, che inducono la sintesi dell’enzima. La successiva diminuzione dell’attività può essere dovuta ad una diminuzione del substrato disponibile.

Lavori precedenti sul compostaggio hanno evidenziato andamenti differenti rispetto a quello riscontrato in questa sperimentazione. Questo è dovuto al fatto che l’attività fosfatasica durante il processo di compostaggio è fortemente influenzata dal tipo di materiale da compostare (Diaz-Burgos et al., 1992; Ceccanti et al., 1994).

Risultati e discussione

Tabella 5.17: Valori dell’attività fosfatasica rilevati durante la sperimentazione.

Fosfatasi: µµgPNF/gss h

Materiale di partenza (fango) 745 ±21,3

0 giorni Dev. St. 90 giorni Dev. St. 120 giorni Dev.St.

Cumulo 1 3330 ±231 1828 ±8,48 2138 ±127 Cumulo 2 3236 ±459 1864 ±2,83 2100 ±237 Fosfatasi 0 1000 2000 3000 4000

0 giorni 90 giorni 120 giorni

µµ

gPNF/g

ss

h

Cumulo 1 Cumulo 2

Figura 5.16: Andamento dell’attività fosfatasica durante la sperimentazione (media ± deviazione standard).

Risultati e discussione

5.2.4.Ureasi

L’ureasi è un enzima idrolitico, legato al ciclo dell’azoto, presente in molte piante superiori, animali e numerosi microrganismi. Questo catalizza l’idrolisi dell’urea ad ammoniaca e anidride carbonica, sfruttando un meccanismo di reazione basato sulla formazione di carbammato come intermedio (Tabatabai 1995).

H2N C NH2 + H2O Ureasi OH + NH3 CO2 + 2

O O

C

H2N NH3

Nel corso della sperimentazione sono state evidenziate differenze significative riguardanti sia il valore dell’attività tra i due cumuli (maggiore nel secondo) al tempo iniziale (P<0,05), sia il decremento nel tempo tra il primo ed il secondo campionamento in entrambi i cumuli (P<0,01). Per quanto riguarda l’andamento tra il secondo ed il terzo campionamento non si evidenziano variazioni significative nè tra i tempi, nè tra i trattamenti.

L’attività di questo enzima è più alta all’inizio della sperimentazione ed il suo andamento è correlato con quello dell’azoto organico (tabella 5.29-5.30-5.31), suggerendo che la sua progressiva riduzione è probabilmente dovuta ad una minore disponibilità di composti organici dell’azoto (Benitez et al., 1999).

Risultati e discussione

Tabella 5.18: Valori dell’attività ureasica rilevati durante la sperimentazione.

Ureasi: µµgNH3/gss h

Materiale di partenza (fango) 4130 ±929

0 giorni Dev. St. 90 giorni Dev. St. 120 giorni Dev. St.

Cumulo 1 708 ±71,4 79,3 ±1,50 19,4 ±1,84 Cumulo 2 975 ±83,8 128 ±1,04 116 ±4,01 Ureasi 0 400 800 1200

0 giorni 90 giorni 120 giorni

µµ gNH 3 /gss h Cumulo 1 Cumulo 2

Figura 5.17: Andamento dell’attività ureasica durante la sperimentazione (media ± deviazione standard).

Risultati e discussione

5.2.5.Proteasi-BAA

Le proteasi sono un gruppo di enzimi idrolitici legati al ciclo dell’azoto, ed hanno la funzione di catalizzare l’idrolisi di proteine, oligopeptidi e dipeptidi, fino alla liberazione di ammoniaca.

L’attività di questo enzima è diminuita nel tempo in entrambi i cumuli, (P<0,05) i quali, pur presentando lo stesso andamento, sono risultati inoltre sempre significativamente diversi tra loro (P<0,05) (tabella 5.19).

Altri autori hanno evidenziato andamenti simili in analoghi processi di vermicompostaggio di fanghi biologici e di compostaggio di fanghi con sfalci di vite (Benitez et al., 1999; Diaz-Burgos et al., 1992).

Tabella 5.19: Valori dell’attività proteasica rilevati durante la sperimentazione.

Proteasi-BAA: µµgNH3/gss h

Materiale di partenza (fango) 182 ±22,9

0 giorni Dev. St. 90 giorni Dev. St. 120 giorni Dev. St. Cumulo 1 219 ±1,02 75,1 ±2,44 44,7 ±7,70 Cumulo 2 187 ±17,9 114 ±1,90 33,5 ±5,14 Proteasi 0 75 150 225 300

0 giorni 90 giorni 120 giorni

µµ gNH 3 /gss h Cumulo 1 Cumulo 2

Figura 5.18: Andamento dell’attività proteasica totale durante la sperimentazione (media ± deviazione standard).

Risultati e discussione

5.1.12.6. Confronto complessivo tra i valori di concentrazione delle attività enzimatiche rilevati nella miscela iniziale e nel prodotto ottenuto alla fine dei trattamenti

Nei processi di degradazione-umificazione della sostanza organica, come il compostaggio, all’inizio del processo si ha un’elevata concentrazione di composti organici labili facilmente utilizzabili dai microrganismi, che aumentano la loro attività. Man mano che il processo evolve, la sostanza organica labile viene in parte consumata e in parte convertita in composti organici a più basso peso molecolare, alcuni dei quali precursori delle sostanze umiche. Le sostanze umiche vengono attaccate con difficoltà dai microrganismi in quanto rappresentano la parte più complessa da degradare. Diminuendo i composti organici prontamente disponibili, l’attività microbiologica e biochimica diminuisce.

Confrontando le attività enzimatiche totali rilevate nella miscela iniziale con quelle rilevate nel prodotto compostato ottenuto alla fine dei due trattamenti, si evidenzia che tutte le attività enzimatiche, tranne la fosfatasi, presentano maggiore attività nella miscela iniziale rispetto all’attività rilevata nel materiale finale, indicando appunto la stabilizzazione della sostanza organica.

Risultati e discussione