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CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA OESTE
Graduação em Tecnologia em Biotecnologia
Biorremediação de solos contaminados por petróleo
Thiago Antônio Cavalcanti da Silva
Rio de Janeiro
2012
Thiago Antônio Cavalcanti da Silva
Revisão acerca da Biorremediação de solos contaminados por petróleo
Trabalho de Conclusão de Curso, TCC, apresentado
ao Curso de Graduação em Biotecnologia da UEZO
como parte dos requisitos para a obtenção de grau de
Tecnólogo em Biotecnologia.
Orientador: Professora Judith Liliana Solórzano Lemos.
Rio de Janeiro
2012
Revisão acerca da Biorremediação de solos contaminados por petróleo
Thiago Antônio Cavalcanti da Silva
Trabalho de Conclusão de Curso, TCC, apresentado
ao Curso de Graduação em Biotecnologia da UEZO
como parte dos requisitos para a obtenção de grau de
Tecnólogo em Biotecnologia, sob a orientação da
Professora Judith Liliana Solórzano Lemos.
Grau: _________
Rio de Janeiro, de de 2012.
_________________________________________________________
Profa Marise Costa de Mello, DSc
Membro
_________________________________________________________
Profa
Vânia Lúcia Muniz da Cruz, DSc,
Presidente da banca de TCC
_________________________________________________________
Profa Judith Liliana Solórzano Lemos, DSc
Orientadora
.
S586 Silva, Thiago Antônio Cavalcanti da
Biorremediação de solos contaminados por petróleo. / Thiago
Antônio Cavalcanti da Silva — 2012
57 f. ; 30 cm.
Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação Tecnológica em Biotecnologia —
Fundação Centro Universitário Estadual da Zona Oeste, Rio de Janeiro, 2012.
1. Petróleo. 2. Biorremediação. 3. Biossurfactantes. 4. Fungos Filamentosos.
I. Título.
CDD 665.538
Agradecimentos
Agradeço a Deus por me permitir cursar na UEZO o curso de Tecnologia em
Biotecnologia e de resistir diante das dificuldades.
Agradeço a minha família (Mãe, Avó, Avô e Tios) que me ajudaram muito durante a
minha jornada na Instituição.
Agradeço a Professora e Orientadora Judith Liliana Solórzano Lemos que auxiliou
muito meu TCC, com o qual eu estava tendo muita dificuldades. E aos professores da
UEZO que me auxiliaram, ensinaram e ajudaram a me especializar na área de
Biotecnologia desde de 2007.
Resumo
O presente trabalho diz respeito a uma revisão bibliográfica sobre a biorremediação de
solos contaminados por petróleo em que são abordadas as principais estratégias
utilizadas na biorremediação, além de comentar aspectos relacionados aos micro-
organismos, em especial dos fungos filamentosos. O petróleo é um dos principais
responsáveis pelos impactos ambientais da atualidade, que acontecem em diversos
ecossistemas devido aos derramamentos não intencionais, sejam estes ocasionados no
solo ou nos ambientes marinhos. Dentre as ferramentas utilizadas para minorar o
impacto ambiental pode ser mencionado o emprego de biossurfactantes ou tensoativos
biológicos, que são moléculas que se caracterizam por apresentar uma parte apolar
(hidrofóbica) e uma parte polar (hidrofílica) na mesma molécula. Os biossurfactantes
apresentam muitas vantagens em relação aos surfactantes químicos; uma delas é a de
possuir valores baixos de CMC (Concentração Micelar Crítica) além de serem menos
tóxicos do que os surfactantes derivados do petróleo. Com os futuros avanços nas
tecnologias empregadas na biorremediação será possível não apenas remediar áreas
contaminadas por petróleo, mas, também locais contaminados por outros tipos de
substâncias tóxicas que demoram muito tempo para serem degradadas.
Palavras chave: Biorremediação, Biossurfactantes, Fungos Filamentosos, Petróleo.
Abstract
The present work concerns a literature review on the bioremediation of soils
contaminated by oil that addresses the main strategies used in bioremediation, and
comment on aspects related to microorganisms, particularly filamentous fungi. Oil is a
major contributor to the environmental impacts of today, that occur in various
ecosystems due to unintentional spills, whether caused in soil or in marine
environments. Among the tools used to lessen the environmental impact may be
mentioned the use of organic surfactants or biosurfactants, which are molecules that are
characterized by presenting both an apolar (hydrophobic) and a polar (hydrophilic) part
in the same molecule. The biosurfactants have many advantages over chemical
surfactants, one of them is not to have low levels of CMC (critical micelle
concentration) and are less toxic than petroleum-derived surfactants. The use of
biosurfactants is increasing in industrial biotechnology in bioremediation of soils
contaminated by oil. With future advances employed in biorremediation technologies
not only contaminated areas by oil as well as sites that were contaminated by other toxic
substances, that take too long to be degraded, will be corrected.
Keywords: Bioremediation, Biosurfactants, Filamentous fungi, Oil.
Lista de figuras
FIGURA 1 Sistema para acompanhamento do processo de atenuação natural.................. 19
FIGURA 2 Esquema ilustrativo de um tratamento realizado por biopilhas....................... 21
FIGURA 3 Imagem da unidade piloto do biorreator e pás agitadoras............................... 22
FIGURA 4 Esquema representativo de um sistema de tratamento de solo contaminado
empregando biorreator de lama.......................................................................
23
FIGURA 5 Esquema representativo de um biorreator de fase sólida empregado no teste
de biodegradação.............................................................................................
24
FIGURA 6 Protótipo de biorreator de fase sólido.............................................................. 25
FIGURA 7 Tubos de ensaios com fungos isolados do solo e cultivados em meio
apropriado........................................................................................................
30
FIGURA 8 Estruturas químicas de alguns biossurfactantes............................................... 36
Lista de tabelas
TABELA 1 Densidade das populações microbianas presentes na superfície do
solo m²...................................................................................................
28
TABELA 2 Principais grupos de surfactantes de origem natural e Sintética........... 33
TABELA 3 Principais classes de biossurfactantes e micro-organismos
envolvidos.............................................................................................
34
TABELA 4 Principais aplicações comerciais dos biossurfactantes......................... 43
Lista de abreviaturas e siglas
ANM Atenuação Natural Monitorada
CETEM Centro de Tecnologia Mineral
CMC Concentração micela crítica
CRA Capacidade de Retenção de Água
DDT Dicloro-difenil-tricloroetano
FDA Food and Drugs Administration
HPAs Hidrocarbonetos poliaromáticos
MEOR Recuperação melhorada do petróleo
NASA Agência Espacial Norte Americana
OECD Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico
PRP Petroleum Remediation Product
TPF Trifenil formazan
TTC Fenil Tetrazolium
USEPA Agência de Proteção Ambiental Americana
USEGS Escritório de Estudos Geológicos do Departamento do Interior do
Governo Americano
Sumário
1 INTRODUÇÃO............................................................................................................ 12
2 OBJETIVO GERAL................................................................................................... 14
2.1 Objetivos Específicos................................................................................................... 14
3 REVISÃO DE LITERATURA................................................................................... 15
3.1 Áreas Contaminadas................................................................................................... 15
3.2 Biorremediação............................................................................................................ 16
3.3 Micro-organismos empregados na biorremediação................................................. 28
3.3.1 Fungos filamentosos...................................................................................................... 29
3.4 Tensoativos biológicos ou biossurfuctantes............................................................... 31
3.4.1 Propriedades dos biossurfactantes................................................................................. 37
3.4.2 Aplicação de biossurfactantes na biotecnologia industrial............................................ 38
3.5 Ensaios de ecotoxicidade em processos de biorremediação.................................... 44
3.5.1 Organismos utilizados em testes de toxicidade............................................................. 45
3.5.2 Atividade enzimática..................................................................................................... 48
4 CONCLUSÃO.............................................................................................................. 49
5 REFERÊNCIAS........................................................................................................... 52
12
1 INTRODUÇÃO
Com a rápida expansão do desenvolvimento tecnológico e industrial em
diferentes setores nos últimos 30 anos, surgiu uma preocupação no mundo atual em
relação à liberação de resíduos industriais oleosos e metálicos, que podem causar graves
danos ao ecossistema. Os processos químicos utilizados em refinarias, unidades
petroquímicas, indústrias têxteis, farmacêuticas, de alimentos, de aromatizantes e de
cosméticos podem vir a contaminar, por acidente, o meio ambiente. Uns dos problemas
que podem ser evidenciado são os derrames de petróleo que vêm causando graves danos
ao ecossistema.
Explorado desde meados do século XIX, o petróleo foi usado por muitas
décadas, para iluminação, e numa escala menor como lubrificante. A invenção do motor
de combustão interna e sua utilização rápida em todas as formas de transporte
ampliaram o emprego desse recurso natural, aumentando a demanda e com isso, a
produção, o transporte, a estocagem e a distribuição tanto do óleo cru quanto dos seus
derivados. Todas essas atividades evolvem riscos de poluição. A poluição pode ser de
forma acidental, onde ocorre por causa de vazamentos ou derramamentos, ou de forma
proposital onde ocorrem despejos indiscriminados de efluentes e resíduos, gases e
particulados de chaminés industriais, e estoques inapropriados de óleo cru.
O solo tem a capacidade de atenuar estes impactos, por meio de processos
naturais, biológicos, químicos e físicos, conhecidos como atenuação natural. No solo
existe uma grande quantidade de micro-organismos, incluindo bactérias, fungos,
protozoários, algas e vírus. A microbiota encontrada em amostras de solos depende da
umidade, pH, temperatura, conteúdo em oxigênio gasoso, composição de matéria
orgânica e inorgânica, que podem variar de solo para solo ao longo dos anos (Macedo,
2002).
Existe uma necessidade do emprego de processos que permitam descontaminar o
solo sem afetar o meio ambiente. Por conta disso vários processos físicos, químicos e
biológicos estão sendo pesquisados para obter uma proposta de descontaminação. Os
processos biológicos são preferidos e empregados por serem de baixo custo. No entanto,
apresentam a desvantagem de promover a remediação em períodos prolongados.
Contudo, os processos físicos e químicos são aplicados para a remediação imediata de
compostos orgânicos. Por outro lado, aqueles processos que empregam micro-
organismo para eliminar ou minimizar os contaminantes no ambiente não costumam
13
acarretar impacto ambiental drástico, como acontece com os processos convencionais.
Esses processos brandos são conhecidos como biorremediação.
Dentre as várias tecnologias disponíveis para tratamento destes locais
contaminados, a biorremediação, aproveita justamente a capacidade dos micro-
organismos em degradar substâncias orgânicas produzidas através de mineralização, que
gera ao final do processo CO2 e água. Vale salientar que, nem todas as degradações de
poluentes conduzem à mineralização. Alguns compostos podem ser parcialmente
degradados e, inclusive, podem ser transformados em substâncias mais tóxicas. A
biorremediação utiliza micro-organismos para eliminar poluentes ambientais dos solos,
águas e sedimentos, sendo considerada o principal processo natural de remoção de
várias frações de petróleo do meio ambiente.
Alguns desses micro-organismos possuem propriedades surfactantes, ou seja,
possuem substâncias com capacidade de alterar propriedades superficiais e interfaciais
de um líquido. Essa característica permite a alguns micro-organismos degradar
hidrocarbonetos de petróleo e/ou seus derivados. .
Entre os melhores degradadores de petróleo e produtores de biossurfactantes
estão as bactérias. Porém, os fungos filamentosos têm conquistado uma posição de
destaque quanto à sua capacidade degradadora.
No processo de avaliação de solos contaminados existem metodologias
analíticas que permitem identificar a toxicidade de substâncias químicas utilizando
bioindicadores (exposição de organismos vivos). Dentre esses bioindicadores podem ser
mencionados: as plantas (fitotoxicidade), bactérias, algas, crustáceos, peixes, minhocas
e, inclusive a atividade enzimática de algumas substâncias pode ser empregada para
detectar os níveis de poluição, em solos e águas contaminados por petróleo, sobre a
população microbiológica dos referidos ambientes.
Atualmente a biorremediação está sendo uma das alternativas mais utilizadas
para controlar as áreas contaminadas (solos, rios, praias, lagos) não só por petróleo
como também contaminadas por outras substâncias.
14
2. OBJETIVO GERAL
Este trabalho de revisão bibliográfica tem como objetivo abordar os aspectos
relevantes relacionados à biorremediação de solos contaminados e impactados por
petróleo.
2.1 Objetivos específicos
Mostrar as possíveis tecnologias empregadas em biorremediação, bem como as
técnicas utilizadas.
Conhecer os micro-organismos que participam do processo de biorremediação,
dando ênfase aos fungos filamentosos.
Apresentar o uso de tensoativos biológicos como ferramentas auxiliar à
biorremediação.
Mostrar que é possível avaliar a toxicidade do impacto ambiental utilizando
plantas (fitotoxicidade) e outros organismos.
15
3. REVISÃO DE LITERATURA
3.1. Áreas contaminadas
As áreas contaminadas são aquelas que apresentam substâncias tóxicas
distribuídas de forma descontrolada em diferentes compartimentos do ambiente, e que
de acordo com os níveis de concentração determinam riscos potenciais à saúde de seres
vivos e ao meio ambiente. Com o avanço tecnológico e o aumento das técnicas de
produção, tem ocorrido um aumento de áreas contaminadas nos últimos anos. Um dos
agentes responsáveis por várias áreas contaminadas e inúmeros desastres ambientais é o
petróleo, a principal fonte de combustível de todo o planeta.
O óleo cru corresponde à fração líquida do petróleo, cuja composição é de
hidrocarbonetos alifáticos, e aromáticos, compostos sulfidrilados, oxigenados e
nitrogenados, e alguns metais dissolvidos em água (Oliveira, 2001). De acordo com a
origem do petróleo, a composição química e as propriedades físicas do óleo cru podem
variar demasiadamente, e é devido a esses fatores (composição complexa e
variabilidade na composição) que se encontram dificuldades para o tratamento de áreas
contaminadas por tal substância.
O petróleo é uma substância oleosa, menos densa que a água e inflamável. É
constituído de carbono e hidrogênio, o que corresponde a 90% da sua composição, com
quantidades relativamente pequenas de compostos orgânicos sulfurados, nitrogenados,
oxigenados e organometálicos. Os hidrocarbonetos acíclicos saturados (alcanos),
cíclicos (cicloalcanos) com cadeias normais ou ramificadas e os aromáticos são
predominantes. Os demais compostos por apresentarem composição com teores
menores são classificadas como impureza oleofílicas. Os hidrocarbonetos diferem
quanto a sua susceptibilidade ao ataque de micro-organismos (Lemos, 2001).
Com base na informação de que micro-organismos procariotos e eucariotos
podem degradar hidrocarbonetos, realizam-se cada vez mais estudos que visam o
desenvolvimento de tecnologias para descontaminação de áreas impactadas por óleo
cru.
16
Devido à elevada diversidade de compostos presentes no petróleo, estudos de
biorremediação de ambientes contaminados por este material e seus derivados, tornam-
se necessários, visto que pode se encontrar moléculas de fácil e difícil biodegradação
(Oliveira, 2001).
3.2 Biorremediação
A biorremediação é uma tecnologia ecologicamente aceitável para a recuperação
de solos contaminados, a qual utiliza o estímulo da atividade microbiana para degradar
compostos orgânicos em especial hidrocarbonetos de petróleo, que resulta na
degradação parcial ou total (mineralização) de contaminantes (Molina – Barahona et al.,
2004; Nakagawa e Andréia, 2006).
A biorremediação tem sido definida de muitas formas. A Agência de Proteção
Ambiental Americana (USEPA) apresenta uma definição genérica sobre a prática de
biorremediação: Biorremediação é o processo de tratamento que utiliza a ocorrência
natural de micro-organismos para degradar substâncias toxicamente perigosas
transformando-as em substâncias menos tóxicas ou não tóxicas. O Escritório de
Estudos Geológicos do Departamento do Interior do Governo Americano (USGS), por
sua vez, adota a definição do American Heritage Dictionary of the American Language
que define biorremediação como: O uso de agentes biológicos tais como bactérias e
plantas para remover ou neutralizar contaminantes do solo e da água (Chapelle apud
Martins et al., 2003).
No tratamento biológico de solos contaminados por petróleo, os micro-
organismos, dos quais as bactérias são as mais estudadas, utilizam os hidrocarbonetos,
principais constituintes dos contaminantes, como fonte de carbono e energia alternativa
para formação de biomassa. Esse metabolismo envolve a transformação de
hidrocarbonetos em unidades menores e, posteriormente, a incorporação desses
compostos como material celular (biotransformação) ou conversão a gás carbônico,
resultando na redução da concentração de hidrocarbonetos de petróleo (Martins et al.,
2003).
A biorremediação possui três aspectos principais:
17
A existência do micro-organismo que tenha capacidade de degradar o
contaminante;
A disponibilidade do contaminante ao ataque microbiano ou enzimático;
As condições ambientais de crescimento adequadas e a atividade do agente
biorremediador.
Os micro-organismos têm a capacidade de degradar compostos orgânicos e vem
sendo utilizados nos processos de tratamento biológicos de efluentes líquidos e resíduos
sólidos. Com essa capacidade apresentada pelos micro-organismos foram desenvolvidos
processos biotecnológicos destinados a varias áreas de pesquisas, sendo os de maior
interesse a degradação de poluentes, a lixiviação de minerais, a desobstrução de poços
de petróleo e a recuperação de locais contaminados (Barros, 2004). Alguns micro-
organismos podem ser encontrados no próprio ambiente impactado, onde na maioria
dos casos são responsáveis pelo desaparecimento dos contaminantes.
Os micro-organismos são capazes de promover a biodegradação de muitos
compostos com a finalidade de suprir suas necessidades energéticas e de crescimento.
No entanto, no fenômeno conhecido como cometabolismo os micro-organismos
utilizam as mesmas vias metabólicas que são normalmente utilizadas para crescimento e
obtenção de energia na degradação de moléculas contaminantes, sem obter um benefício
direto, uma vez que o composto alvo é enzimaticamente atacado, porém não é usado
como fonte de carbono.
A biorremediação vem sendo aplicada em solos contaminados com óleo cru. O
solo contaminado pode ser tratado no próprio local (In situ), ou pode ser removido para
outro (Ex situ ou Off site), permitindo assim um melhor tratamento. Por outro lado, o
solo pode ser tratado após escavação no próprio local da contaminação (On site). Na
técnica de biorremediação estão envolvidas inúmeras estratégias, tais como: atenuação
natural ou biorremediação passiva, bioventilação, landfarming, biopilhas,
biorreatores, fitorremediação; sendo a bioestimulação e a bioumentação duas técnicas
auxiliares (Moreira, 2002).
A atenuação natural é uma sucessão de processos biológicos, químicos, físicos
geológicos e meteorológicos que ocorrem naturalmente, resultando na contenção,
transformação ou destruição de produtos químicos indesejáveis e tóxicos ao meio
ambiente. A atenuação natural também é conhecida como biorremediação passiva, pois
é um processo que ocorre sem a intervenção humana (Alexander, 1999).
18
A atenuação natural monitorada (ANM) é baseada nos princípios naturais de
degradação in situ com o intuito de reduzir a massa, toxicidade, mobilidade, volume, ou
concentração de contaminantes no solo (Nobre & Nobre, 2003; Furtado 2006).
Durante o processo de atenuação natural monitorada, a degradação do poluente
orgânico no solo ocorre sem adequação de qualquer condição ambiental. O processo de
biodegradação ocorre devido à adaptação natural da microbiota nativa do solo à
presença do contaminante. Esses micro-organismos passam a utilizar o composto
orgânico poluente como fonte de carbono, ocasionando assim uma redução da sua
concentração ao longo do tempo. Nesse sistema não só os processos biológicos estão
envolvidos, mas também a volatilização, processo que pode ser responsável pela
redução da concentração do poluente em áreas contaminadas (Bezerra, 2004). A
lixiviação propriamente dita está envolvida com o arraste vertical, pela infiltração de
água, de partículas, dissolvidas ou em suspensão, da superfície do solo para as camadas
mais profundas (Andrade et al., 2010).
O processo de atenuação natural monitorada tem sido adotado como uma
alternativa de tratamento de áreas impactadas onde não existe o risco de migração do
poluente e consequente contaminação do lençol freático. Acrescenta-se ainda o custo
reduzido da manutenção do processo como um todo, sendo necessário apenas o custo
com o monitoramento analítico. No entanto, o tempo envolvido no processo de
atenuação natural costuma ser bastante longo (meses ou anos) o que inviabiliza, na
maioria das vezes, a sua utilização. Dependendo da área contaminada, do tipo e da
concentração do contaminante, torna-se necessária a remoção do solo impactado e
encaminhamento do mesmo para tratamento ex-situ (fora do local onde ocorreu a
contaminação) (Bezerra, 2004).
Com o intuito de aumentar a biodegradação, foi divulgado no CETEM o produto
Petroleum Remediation Product (PRP) como uma alternativa de aceleração do processo
natural de biorremediação. O mesmo foi introduzido ao sistema experimental, utilizado
para simular a atenuação natural de solos contaminados. Este biodegradador foi
descoberto a partir de experiências científicas desenvolvidas pela Agência Espacial
Americana (NASA) e patenteado pela Unireminc (Bezerra, 2004).
O PRP é fabricado usando-se um único ingrediente ativo, cera pura de abelhas,
que contém nitrogênio, fósforo e potássio que são ingredientes que o tornam uma fonte
de alimentos para os micro-organismos presentes na natureza, sem a necessidade de
19
utilizar organismos exógenos. É um produto não combustível, não reativo, não tóxico,
em forma de pó e de cor amarelada (Bezerra, 2004).
Embora produzido de microesferas menores do que um milésimo de milímetro,
ele pode absorver/biorremediar solos e águas, contaminadas por hidrocarbonetos, em até
30 vezes mais do que seu próprio peso. Pode também ser embalado em várias formas,
atendendo necessidades específicas. Ele é oleofílico, isso significa que ele pode ter
afinidade com partículas apolares, que encapsula o óleo ao seu contato e não precisa ser
recolhido. Uma vez aplicado ele biodregadará todo o óleo de uma área contaminada
(Bezerra, 2004).
Os experimento realizado por pesquisadores do CETEM era constituído por duas
caixas de acrílico de 20 litros de capacidade total (40 x 25 x 20 mm), com fundo
perfurado (tela) para permitir o escoamento da água de percolação, proveniente da
chuva. No fundo de cada uma das caixas adicionou-se uma camada de brita, uma
camada de areia de filtração e, uma nova camada de brita, de forma a evitar o arraste da
fração mais fina do solo contaminado (fração silte + argila) durante os ensaios. Como
mostrado na Figura 1, as caixas de acrílico foram apoiadas em caixas de polietileno com
o objetivo de recolher a água percolada da chuva (Baptista, 2005).
A bioventilação é uma técnica geralmente utilizada para remediar solos
contaminados por hidrocarbonetos do petróleo, que aumenta a capacidade degradadora
da microbiota do solo por meio de injeções de ar, porque fornece condições de
transporte de oxigênio adequadas, permitindo que a degradação possa continuar de
forma eficiente por longos períodos (Alexander, 1999).
Landfarming é o processo em que o solo contaminado com
hidrocarbonetos de petróleo é distribuído em uma camada de meio metro de espessura
com adição de nutrientes, o qual deve ser revolvido periodicamente. Essa estratégia
promove a mistura de resíduos a camadas férteis do solo, permitindo que a microbiota
atue como agente degradador (Alexander, 1999).
20
Fonte: Baptista (2004)
Figura 1. Sistema para acompanhamento do processo de atenuação natural (Microcosmos).
Biopilhas: essa técnica de biorremediação envolve basicamente a disposição do
material contaminado em montes denominados de biopilhas. Para o emprego desta
técnica, inicialmente o solo é escavado e, em seguida, preparado e disposto em pilhas,
onde é feita a estimulação da atividade microbiana mediante aeração, adição de
nutrientes e aumento da umidade do solo, com o propósito de promover a
biodegradação dos contaminantes de interesse. O esquema característico do sistema de
um tratamento por biopilhas é mostrado na Figura 2 (EPA, 2004).
As biopilhas são construídas sobre uma base impermeável para reduzir o
potencial de migração do lixiviado da camada superficial para o interior do solo. Além
disso, elas são cobertas por uma membrana, também impermeável, para prevenir a
liberação de contaminantes voláteis e semi-voláteis da biopilha para a atmosfera, bem
como para proteger o solo de intempéries naturais, como ventos e chuvas (USAEC,
2003). Os materiais a serem tratados devem ser submetidos a um estudo prévio, para a
comprovação da tratabilidade, mediante a realização de testes físico-químicos e de
ensaios biológicos, e posterior otimização das condicionantes em laboratório. O
propósito destes estudos é avaliar o tipo e a concentração dos poluentes, a presença de
possíveis inibidores da biodegradação, a estrutura do material, os teores ótimos de
umidade, de nutrientes e de oxigênio, a temperatura e os demais fatores que influenciam
no processo (EPA, 2004).
21
Fonte: EPA (2004)
Figura 2. Esquema ilustrativo de um tratamento realizado por biopilha.
O emprego de biorreatores é uma alternativa ainda mais atrativa e promissora
quando comparada com as limitações sob o ponto de vista técnico e/ou econômico das
demais técnicas utilizadas. Na Figura 3 mostra-se uma imagem de uma unidade piloto
de tratamento empregando um biorreator. Os biorreatores são sistemas completamente
fechados que permitem o controle de emissões e apresentam as seguintes vantagens:
monitoramento efetivo do processo, maior controle de variáveis do processo (valor de
pH, temperatura, umidade), melhor incorporação de aditivos, redução do tempo de
processo (Alef & Nannipieri, 1995).
Fonte: Soares, 2006
Figura 3. Imagem da unidade piloto do biorreator (a) e das pás agitadoras no seu interior (b).
22
Na biorremediação de solos contaminados por hidrocarbonetos de petróleo pode-
se utilizar tanto reatores de fase semi-sólida (reatores de lama) (Figura 4), quanto
reatores de fase sólida (Figuras 5 e 6). No tratamento de solos empregando biorreatores
de fase semi-sólida, após a escavação e peneiramento do solo contaminado, este é
misturado com água em um reator geralmente vertical. A lama gerada poderá conter de
10% a 40% p/p de sólidos, em função do tipo do solo, dos equipamentos de agitação e
aeração disponíveis e da taxa de remoção dos contaminantes a ser atingida. Esse tipo de
reator é mais indicado para solos que contenham partículas finas. Os referidos reatores
de lama apresentam como vantagem altas taxas de degradação, mas em contrapartida há
necessidade de tratamento posterior dos efluentes gerados, o que eleva o custo da
aplicação desta tecnologia. Já no tratamento de solo empregando biorreatores de fase
sólida, adiciona-se ao solo apenas quantidade de água suficiente para manter a atividade
microbiana (50 a 75%). O equipamento, geralmente, é disposto horizontalmente e
apresenta como sub-configurações os reatores do tipo tambor rotativo e do tipo tambor
fixo. Os reatores de fase sólida são mais adequados para o tratamento de solos com alto
teor de sólidos (Raimundo, 2002).
Fonte: Raimundo (2002)
Figura 4. Esquema representativo de um sistema de tratamento de solo contaminado empregando
biorreator de lama.
23
Fonte: Raimundo (2002)
Figura 5. Esquema representativo de um biorreator de fase sólida empregado no teste de biodegradação.
Fonte: Raimundo (2002)
Figura 6. Protótipo de biorreator de fase sólida.
24
A seleção da configuração mais indicada do biorreator a ser adotada, deve ser
realizada levando-se em consideração as características do solo a ser tratado (percentual
de material argiloso), a natureza do contaminante (recalcitrância e viscosidade), a
composição da mistura a ser tratada (sólido, água e contaminantes), os micro-
organismos envolvidos, o grau de aeração, a necessidade de agitação, dentre outros
(Raimundo, 2002).
A fitorremediação utiliza vegetais dentre os quais podem ser mencionados as
árvores, arbustos, plantas rasteiras e aquáticas acompanhados de seus micro-organismos
com a finalidade de remover, degradar ou isolar substâncias tóxicas e contaminantes do
meio ambiente. A fitorremediação apresenta a vantagem de ser de baixo custo. Porém, a
sua desvantagem reside no tempo longo para observar os resultados, por causa do ciclo
vital da planta. Aliado ainda ao problema da concentração dos poluentes e de outras
toxinas, pois, podem estar dentro dos limites de tolerância da planta (Chaney et al.,
1997; Glass, 2000).
Paralelamente às estratégias anteriormente abordadas existem também técnicas
auxiliares de biorremedição, o bioaumento e a bioestímulo. O bioaumento envolve a
introdução de micro-organismos que tem a capacidade de degradar os contaminantes
(várias cadeias de hidrocarbonetos dentro de um sistema contaminado), e esses
micróbios apresentam estabilidade genética, possuem um alto nível de atividade
enzimática e também possuem a capacidade de competir com populações intrínsecas do
solo. Esses agentes microbianos não podem ser patogênicos e não devem produzir
substâncias tóxicas no processo de biodegradação (Sarkar et al., 2005).
Sabe-se que alguns estudos têm como objetivo isolar bactérias do sedimento de
manguezais, que por sua vez apresentem capacidade de degradar petróleo e produzir
biossurfactantes. No Estado do Rio de Janeiro, os manguezais mais extensos são os
encontrados na foz do Paraíba do Sul e nas baías de Guanabara, Sepetiba e Angra dos
Reis (FEEMA, 1980; Menezes et al., 2000). Estes ecossistemas são sensíveis a
distúrbios antrópicos, como a contaminação por petróleo ou de outros produtos tóxicos,
que podem provocar danos a toda biota, exercendo impacto por longo prazo (Krepsk et
al., 2007; Cury, 2002). Por outro lado, o estudo de Yu et al. (2005) sugere que as
comunidades microbianas indígenas apresentam um potencial considerável para
remediar sedimentos contaminados por petróleo.
A sorção dos componentes hidrofóbicos de petróleo às partículas de sedimento
dos manguezais limita sua biodisponibilidade aos micro-organismos indígenas,
25
reduzindo a eficiência da biorremediação (Krepsky et al., 2007). Algumas bactérias, no
entanto, possuem a capacidade de produzir biossurfactantes, que são compostos com
características de detergência, que podem emulsificar o óleo, facilitando assim a sua
degradação (Krepsky et al., 2007; Nitschik &Pastore, 2002).
A bioestimulação é uma técnica que consiste na correção das condições
ambientais, por causa do implemento dos níveis de nutrientes (nitrogênio, fósforo,
potássio e oxigênio) e umidade, aumentando, concomitantemente, a população
microbiana e a degradação nas áreas impactadas (Sarkar et al., 2005).
Durante o processo biológico de tratamento de solos é reconhecido que a adição
de material estruturante, de natureza orgânica melhora algumas das propriedades do
referido solo que contribui para a biorremediação: diminui a densidade, aumenta a
porosidade, assim como a difusão por oxigênio e a sua permeabilidade (Rhykerd et al.,
1999).
Por causa disso, na pesquisa de Barros (2006) foi avaliado o emprego da casca
de coco para remediar o problema gerado por um resíduo acidental (solo contaminado
não intencionalmente) aliado ao recurso biológico. A casca do coco pode oferecer uma
atmosfera mais oxigenada que sempre é benéfica aos micro-organismos aeróbios, pois
ela promove um microambiente mais aerado (Barros, 2006).
As fibras do coco são constituídas de materiais lignocelulósicos, obtidos do
mesocarpo do coco (Cocus nucifera). Possuem grande durabilidade, atribuída ao alto
teor de lignina (41 a 45% p/p), quando comparadas com outras fibras naturais. O
mesocarpo do coco maduro e seco fornece fibra dura, enquanto o coco verde fornece
melhor fibra celulósica (Amin e Pacheco, 2004).
A casca de coco se constitui num rejeito abundante no Brasil, por causa do
grande consumo da fruta in natura, sendo o descarte do resíduo um problema de difícil
solução. Algumas alternativas têm sido propostas para contornar o problema, por
exemplo: compostagem do coco e a reciclagem mecânica. Desta forma, o emprego da
fibra da casca de coco como material estruturante, para o biotratamento de solos
contaminados por petróleo, seria uma alternativa viável, uma vez que o resíduo
favoreceria a aeração das amostras, bem como serviria de nutriente, beneficiando, tanto
a microbiota aeróbica nativa quanto a inoculada (Gomes, 2000).
Os hidrocarbonetos de petróleo podem ser degradados em menor tempo do que
no processo de degradação natural, por causa da elevação do número de micro-
organismos, estimulados pelo aumento do número de nutrientes (Sarkar et al., 2005). A
26
suplementação de nutrientes para a degradação de hidrocarbonetos tem sido
tradicionalmente focada na adição de fontes de N e P, tanto orgânica quanto inorgânica.
Devido ao fato de o carbono ser o principal constituinte dos combustíveis de
petróleo, a sua dosagem tem sido considerada um índice para a determinação das
quantidades de N e P que necessitam ser adicionadas para atingir uma ótima relação
C:N:P , que via de regra é de 100:10:1, respectivamente (Riser-Roberts, 1998 apound
Sarkar et al, 2005). Várias fontes de nutrientes, tais como fertilizantes inorgânicos,
uréia, serragem, húmus, estrume e biosólidos têm sido utilizados no bioestímulo (Cho et
al., 1997; Namkoong et al., 2002 apound Sarkar et al., 2005).
A partir desse pressuposto, Oliveira & Lemos 2008, empregaram duas fontes de
nitrogênio comerciais empregadas como fertilizantes, para a correção das relações
nutricionais para a microbiota nativa do solo contaminado: a uréia e a torta de mamona.
Dessa maneira, foram realizados ensaios de biodegradação, utilizando condições
adequadas, que buscaram estabelecer: a melhor fonte de nitrogênio, a relação
nutricional adequada e a capacidade de retenção de água (CRA) mais favorável para
otimização do processo de biorremediação de um solo contaminado com de óleo cru
(Oliveira & Lemos, 2008).
3.3 Micro-organismos empregados na Biorremediação
Os micro-organismos apresentam uma imensa diversidade genética e
desempenham funções únicas e cruciais na manutenção de ecossistemas como
componentes fundamentais de cadeias alimentares e ciclos biogeoquímicos. Com base
nos tamanhos das populações, a biota do solo pode ser classificada como micro, meso e
macrofauna. As bactérias são as mais abundantes no solo e incluem formas esporuladas
ou não esporuladas de bacilos, cocos, vibriões, espirilos e filamentosos (actinomicetos),
variando consideravelmente de tamanho e forma, de metabolismo e de fonte nutricional,
autotrófica ou heterotrófica. Por outro lado, os fungos também estão presentes no solo,
só que em quantidade inferior à das bactérias, como apresentado na Tabela 1, que
mostra a distribuição típica da população microbiana na superfície do solo.
27
Tabela 1. Densidade das populações microbianas presentes na superfície do solo m2.
Micro-organismos População
(n° de células por g de solo)
Bactérias 108 - 10
9
Fungos 105 - 10
6
Algas 104 - 10
5
Fonte: Adaptado de Millioli et al., (2008)
Por volta de 1903, foi descoberto o primeiro organismo capaz de utilizar
hidrocarbonetos como fonte de energia. Recentemente, muitas espécies de micro-
organismos são conhecidas na degradação biológica de hidrocarbonetos. Os referidos
micro-organismos podem ser isolados de águas doces, oceanos como também do
próprio solo. O número de bactérias e fungos que é capaz de degradar os
hidrocarbonetos aumenta rapidamente no local após um derrame de óleo (Miroslav et
al., 1996).
Baseados na descoberta de que os micro-organismos endógenos podem degradar
os hidrocarbonetos de petróleo, inúmeras pesquisas têm sido realizadas em
biorremediação de solos impactados com petróleo. E dentre todas as tecnologias
desenvolvidas, a biorremediação destaca-se por ser um processo atrativo e
economicamente viável. Os baixos custos requeridos pelas transformações bioquímicas,
capazes de reduzir e até mesmo eliminar os contaminantes, associados à possibilidade
do tratamento no próprio local de contaminação são fatores que favorecem a
atratividade das tecnologias de biorremediação.
A microbiota do solo é a principal responsável pela decomposição dos resíduos
orgânicos, pela ciclagem de nutrientes e pelo fluxo de energia dentro do solo, exercendo
influência tanto na transformação da matéria orgânica, quanto na estocagem do carbono
e nutrientes minerais.
3.3.1 Fungos filamentosos
Dentre os fungos podemos encontrar tanto organismos unicelulares quanto
pluricelulares (fungos filamentosos), e são encontrados em várias regiões do planeta
desempenhando importantes funções relacionadas ao equilíbrio em inúmeros
28
ecossistemas. Os fungos são seres eucariotos e, em decorrência desse fato são
constituídos por várias organelas; são heterotróficos (saprofíticos ou parasitas), sendo
encontrados em solos, água, vegetais, animais, no homem e detritos. Alguns fungos têm
importantes funções na indústria e na medicina, nesta última mais especificamente na
fabricação de alguns antibióticos.
Os fungos filamentosos possuem características que os classificam como bons
degradadores de petróleo. Por causa do seu crescimento micelial e sua bioatividade, os
fungos ramificam-se rapidamente no substrato, digerindo-o por meio da secreção de
enzimas extracelulares; possibilitando o ataque fúngico. Os fungos são capazes de
crescer sob condições ambientais de estresse, ou seja, meios com valores de pH baixos,
pobres em nutrientes e com baixa atividade de água. Diferentes espécies de fungos
filamentosos utilizados no processo de biorremediação foram identificadas e
caracterizados nos últimos anos (Mollea, 2005).
Como biodegradadores naturais, os fungos encontram as substâncias necessárias
para o seu desenvolvimento na natureza, principalmente, macromoléculas insolúveis,
que precisam ser primeiramente degradadas em unidade monoméricas solúveis antes de
sua assimilação. Esse é o caso de polissacarídeos, proteínas, ácidos nucléicos, lignina,
lipídios e outros compostos de grande peso molecular que não podem ser incorporados
diretamente sem antes terem sido reduzidos. Os fungos absorvem nutrientes através da
membrana plasmática, para isso, esses organismos secretam enzimas específicas para o
meio exterior, conseguindo reduzir o tamanho das moléculas e aumentando a
solubilidade das mesmas. Assim, essas substâncias passam pela membrana plasmática
que possui grande poder seletivo para moléculas pequenas, e é dotada de proteínas
carreadoras.
Desse modo, moléculas simples terão preferência na sua utilização como
nutrientes, sendo, então, reprimida a síntese de enzimas para moléculas mais complexas.
Por exemplo, se houver glicose no meio, a qual é preferida pelo fungo, não serão
formadas as enzimas para degradar substratos complexos, como amido e celulose, nem
enzimas para degradar dissacarídeos, como galactose, maltose e sacarose (Putzke,
2002). Várias pesquisas já foram realizadas com intuito de descobrir a capacidade dos
fungos como agentes de biorremediação (Figura 7) e inclusive como produtores de
biossurfactantes (Pereira 2002a; Pereira 2004b; Reiche 2005; Reiche 2006).
29
Fonte: Reiche (2005)
Figura 7. Tubos de ensaios com fungos isolados do solo e cultivados em meio apropriado que apresentam
capacidade biodegradadora e são produtores de biossurfactantes.
3.4 Tensoativos biológicos ou biossurfactantes
Surfactantes sintéticos e biológicos têm sido utilizados no auxílio à
biorremediação. Surfactante é uma palavra derivada da contração da expressão surfact
active agent, termo que significa, literalmente, agente de atividade superficial. Em
outras palavras, surfactante é um composto caracterizado pela capacidade de alterar as
propriedades superficiais e interfaciais de um líquido. O termo interface denota o limite
entre duas fazes imiscíveis, enquanto o termo superfície indica que uma das fases é
gasosa. Outra propriedade fundamental dos surfactantes é a tendência de formar
agregados chamados micelas que, geralmente, se formam a partir de uma concentração
mínima chamada concentração micelar crítica (CMC).
A produção mundial de surfactantes excede 3 milhões de t/ano sendo que sua
utilização se concentra nas indústrias de petróleo, de cosméticos, de produtos de
higiene e de limpeza, sendo este último o setor que utiliza a maior parte dos surfactantes
produzidos como matérias-prima para a fabricação de detergentes de uso doméstico
(Barros et al, 2007).
A grande maioria dos surfactantes disponíveis comercialmente é sintetizada a
partir de derivados de petróleo. Entretanto, o aumento da preocupação ambiental entre
os consumidores, combinado com novas legislações de controle do meio ambiente
levou à procura por surfactantes naturais como alternativa aos produtos existentes
(Barros et al., 2007).
30
Nas últimas décadas, diversos micro-organismos têm sido relatados como
produtores de vários tipos de biossurfactantes. A biodegradabilidade e a baixa
toxicidade dos biossurfactantes constituem vantagens adicionais sobre ingredientes
sintéticos e, consequentemente, tornam-se substitutos dos emulsificantes convencionais
em alimentos e cosméticos, originando maior apelo de mercado pelo fato desses
produtos serem considerados naturais, além de apropriados para aplicação ambiental. Os
biossurfactantes são produzidos principalmente pelo crescimento aeróbico de micro-
organismos em meio aquoso com uma fonte de carbono, como carboidratos,
hidrocarbonetos, óleo e graxas e misturas destes (Barros et al, 2007).
As bactérias juntamente com as arqueobactérias, são as maiores responsáveis
pela produção de alguns biossurfactantes. Estes micro-organismos têm sido isolados do
solo, da água marinha, de sedimentos do mar e áreas contaminadas por óleos. Diversas
evidências indicam que os biossurfactantes são produzidos, em alguns casos em grande
quantidade nestes ambientes. Uma delas é a presença de espuma e emulsões em áreas de
derramamento de óleos em oceanos, bem como seu efeito positivo no aumento da
recuperação terciária do óleo (Barros et al, 2007).
Os primeiros relatos registrando a utilização de biossurfactantes datam de 1949,
quando alguns pesquisadores detectaram as atividades antibiótica e hemolítica de um
ramnolipídio, e em 1968 quando foi descoberta a existência de um novo composto
biologicamente ativo produzido por Bacillus subtilis, o qual foi denominado surfactina
devido à sua grande atividade superficial e sua estrutura elucidada. Mais tarde, foi
registrada a produção de biossurfactantes em meios hidrofóbicos, o que levou a estudos
de sua aplicação em tratamento de resíduos de petróleo, recuperação de petróleo e
biorremediação no derramamento de óleos (Barros et al , 2007).
Os biossurfactantes são moléculas anfifílicas, ou seja, compostos que
apresentam uma parte apolar (hidrofóbica) e uma parte polar (hidrofílica) na mesma
molécula. A porção apolar geralmente é uma cadeia hidrocarbonada enquanto a porção
polar pode ser iônica (aniônica ou catiônica), não-iônica ou anfotérica. Em função da
presença de grupos hidrofílicos e hidrofóbicos na mesma molécula, os surfactantes
tendem a se distribuir nas interfaces entre fases fluídas com diferentes polaridades
(óleo/água e água /óleo), formando micelas de variados tamanhos e formas (Rocha,
1999). A formação de um filme molecular, ordenado nas interfaces, reduz a tensão
superficial, o que caracteriza uma propriedade única dos biossurfactantes (Nitschke &
Pastore, 2002).
31
A parte hidrofóbica é formada por hidrocarbonetos com 10 a 18 átomos de
carbono, a parte hidrofílica é mais diversificada, podendo ser carboidrato, éster,
hidroxila, fosfato ou grupo carboxílico. Os biossurfactantes possuem melhores
propriedades que muitos surfactantes químicos, pois geralmente possuem valores baixos
de CMC (Concentração Micelar Crítica) e tensão interfacial na solução aquosa (Banat,
1995).
Estas propriedades tornam os biossurfactantes adequados para muitas aplicações
industriais envolvendo: detergência, emulsificação, lubrificação, capacidade espumante,
capacidade molhante, solubilização e dispersão de fases. Geralmente a utilização de
surfactantes sintéticos se concentra na indústria dos produtos de limpeza (detergentes e
sabões), na indústria de petróleo e na indústria de cosméticos e produtos de higiene.
Os biossurfactantes são produzidos por micro-organismos para aumentar a
acessibilidade a substratos hidrófobos pelas células, levando ao desenvolvimento e
crescimento da população microbiana a aumentar, desta forma, a biodegradação (Rocha,
1999). Nos solos que sofreram derramamento de petróleo, o tratamento com
biossurfactantes torna-se eficaz, principalmente, em aqueles solos submetidos a um
longo intemperismo, pois o poluente permanece mais aderido à matriz e, neste caso, o
papel do biossurfactante é conduzir o poluente ao seio da solução possibilitando o
ataque pelos micro-organismos. A adição de tensoativos sintéticos costuma inibir a
biodegradação porque são tóxicos à microbiota. No entanto, os biossurfactantes
produzidos biologicamente não possuem efeitos prejudiciais ao ambiente e não
costumam ser tóxicos para os micro-organismos (Morán, 2000). Na Tabela 2 são
apresentados os principais grupos de surfactantes de origem natural e sintética.
Os biossurfactantes são classificados de acordo com sua composição química e
origem metabólica, sendo produtos metabólicos de bactérias e fungos. As principais
classes incluem glicolipídios, lipossacarídeos, lipopeptídios e lipoproteínas,
fosfolipídios e ácidos graxos/lipídios neutros (como os ácidos ustilágico e
corinomicólico), surfactantes poliméricos e surfactantes particulados, sendo os
lipopeptídios os biossurfactantes mais efetivos. Os surfactantes lipoprotéicos são os
mais reconhecidos por suas atividades antibióticas, sendo melhores caracterizados
aqueles produzidos por Bacillus sp, incluindo surfactina, iturina, fengicina, liquenisina,
micosubtilisina e bacilomicina. Esse composto se caracteriza pela existência de
pepetídios ligados a ácidos graxos, sendo que a porção protéica da molécula pode ser
32
neutra ou aniônica e os aminoácidos estão frequentemente dispostos em uma estrutura
cíclica (Barros et al., 2007).
Tabela 2. Principais grupos de surfactantes de origem natural e sintética.
Naturais Sintéticos
Alquil poliglicosídios Alcanolaminas
Biossurfactantes Alquil e aril éter carboxilato
Amidas de ácidos graxos Alquil aril sulfatos
Aminas de ácidos graxos Alquil aril éter sulfatos
Glucamidas Alquil etoxilados
Lecitinas Alquil sulfonatos
Derivados de proteínas Alquil fenol etoxilados
Saponinas Aminoóxidos
Sorbitol e ésteres de sorbitan Betaínas
Ésteres de sacarose Co-polímeros de óxido de etil/propileno
Sulfatos de álcoois graxos naturais Ácidos graxos etoxilados
Fonte: Nitschke & Pastore (2002)
Esse tipo de biomolécula é produzida pelo crescimento aeróbico de micro-
organismos em meio aquoso contendo como fonte de carbono carboidratos,
hidrocarbonetos e misturas destes (Bognolo, 1999). Os biossurfactantes produzidos por
bactérias são mais estudados e frequentemente os mais isolados são os glicolipídeos
(Millioli, 2007). Os biossurfactantes são classificados de acordo com a sua composição
química e sua origem microbiana (Tabela 3). Na Figura 8 mostra-se a estrutura química
de alguns glicolipídeos e surfactina.
Uma das mais importantes estratégias de sobrevivência dos micro-organismos é
a sua capacidade de colonizar nichos ecológicos onde consigam se multiplicar. Nesta
estratégia o elemento chave são as estruturas de superfície celular responsáveis pela
aderência das células às superfícies. Os micro-organismos podem utilizar surfactantes
ligados à parede celular para regular as propriedades da superfície celular, com o
objetivo de aderir em um determinado local de acordo com suas necessidades de
encontrar novos habitats com maior disponibilidade de nutrientes (Nitschke & Pastore,
2002).
33
Tabela 3. Principais classes de biossurfactantes e micro-organismos envolvidos.
Tipos de biossurfactantes Micro-organismos
Glicolipídios:
- raminolipídios
- soforolipídios
- trehalolipídios
Peseudomonas auruginosa,
Torulopsis bombicola, T. apícola,
Rhodococcus erythropolis,
Mycobacterium sp.
Lipopeptídeos e lipoproteínas:
- Peptídio-lipídio
- Viscosina
- Serrawetina
- Surfactina
- Subtilisina
- Gramicidina
- Polimixina
Bacillus licheniformis
Pseudomonas fluorescens
Sarratia marcences
Bacillus subtilis
Bacillus subtilis
Bacillus brevis
Bacillus polymyxa
Ácidos graxos, lipídios neutros e
fosfolipídios:
- Ácidos graxos
- Lipídios neutros
- Fosfolipídios
Corynebacterium lepus
Nocardia erythropolis
Thiobacillus thiooxidans
Surfactantes poliméricos:
- emulsan
- biodispersan
- liposan
- carboidrato-lipídio-proteína
- manana-lipídio-proteína
Acinetobacter calcoaceticus
Acinetobacter calcoaceticus
Candida lipolytica
Pseudomonas fluorecens
Candida tropicalis
Surfactantes particulados:
- vesículas
- células
Acinetobacter calcoaceticus
Várias bactérias
Fonte: Nitschke & Pastore (2002)
34
Fonte: Nitschek & Pastore (2002)
Figura 8. Estruturas químicas de alguns biossurfactantes.
Lin (1996) demonstrou que vários biossurfactantes, principalmente, da classe
dos lipopeptídios e glicopeptídios como o ramnolipídios de P. aeruginosa e a surfactina
de B. subtilis funcionam como antibióticos, pois solubilizam os principais componentes
das membranas celulares microbianas. Os micro-organismos adquirem maior
probabilidade de sobrevivência e maior competitividade na busca por nutrientes por
meio da excreção de biossurfactantes no meio.
35
3.4.1 Propriedades dos biossurfactantes
Existe um número crescente de investigações envolvendo propriedades
funcionais dos biossurfactantes, que os relacionam como produtos de origem
biotecnológica de real importância quanto às variadas aplicações. São propostas três
funções principais para esses compostos: aumentar a área superficial de substratos
hidrofóbicos insolúveis em água, aumentar a biodisponibilidade de substratos
hidrofóbicos pelo aumento da sua solubilidade aparente e influenciar a adesão de micro-
organismos a superfície. Essas funções têm forte influencias na sobrevivência dos
micro-organismos produtores de biossurfactantes no seu habitat natural: solo e rizosfera
(Barros et al., 2007).
Apesar da diversidade de composições químicas dos biossurfactantes estes
apresentam muitas vantagens sobre os surfactantes convencionais. Em relação à
atividade superficial e interfacial, os biossurfactantes são mais eficientes que alguns
surfactantes químicos, pois conduzem a baixos valores de tensão superficial mesmo em
baixas concentrações. A concentração micelar crítica (CMC) dos biossurfactantes varia
entra 1-2000mg/L, enquanto que a tensão interfacial (óleo/água) e superficial fica em
torno de 1 e 30mN/m (Nitschke & Pastore, 2002).
Os biossurfactantes apresentam elevada estabilidade térmica e de pH e por isso
podem ser utilizados em ambientes com condições hostis e drásticas. O lipopeptídio de
B. licheniformis JF-2 é estável a temperaturas em torno de 75º C por até 140h e pH entre
5 e 12. Os biossurfactantes suportam concentrações de 10% de NaCl enquanto que uma
concentração salina de 2-3% é suficiente para inativar surfactantes convencionais.
Diferentemente dos surfactantes químicos os biossurfactantes são facilmente
degradáveis na água e no solo, o que os torna adequados para aplicações na
biorremediação e tratamento de resíduos. Nos últimos anos os biossurfactantes têm
recebido maior atenção por causa da preocupação da população com os efeitos dos
produtos artificiais. A baixa toxicidade dos biossurfactantes permite o seu uso em
alimentos, cosméticos e produtos farmacêuticos (Nitschke & Pastore, 2002).
Os biossurfactantes também podem apresentar a vantagem de serem sintetizados
a partir de substratos renováveis e de possuírem grande diversidade química
possibilitando aplicações específicas para cada caso particular. Possuem características
36
estruturais e propriedades físicas distintas, tornando-se comparáveis e superiores aos
surfactantes sintéticos em termos de eficiência. Outra vantagem dos biossurfactantes é o
fato de não serem compostos derivados de petróleo. A possibilidade de modificação da
estrutura química e das propriedades físicas dos biossurfactantes através de
manipulações genéticas, biológicas ou bioquímicas permite o desenvolvimento de
produtos para necessidades específicas (Nitschek & Pastore, 2002).
Alguns pesquisadores estudaram a aplicação de ramnolipídio, amplamente
utilizado como auxiliar no processo de biorremediação e avaliaram o seu efeito em
solos contaminados por hidrocarbonetos poliaromáticos (HPAs). Esse biossurfactante
foi produzido pela empresa JENEIL Company localizada nos Estados Unidos e
Alemanha com nome de JBR210. O ramnlipídio é caracterizado como aniônico e possui
10% de ingrediente ativo. Foi verificado que a adição de ramnolipídio aumentou a
biodegradação de hexadecano, octadecano, n-parafinas e fenantreno em sistemas
líquidos e a biodegradação de hexadecano, tetradecano, e misturas de hidrocarbonetos
em solo. Os efeitos do ramnolipídios foram úteis nos locais onde a taxa de
biodegradação era limitada (Millioli, 2007).
3.4.2 Aplicação de biossurfactantes na biotecnologia industrial
Os biossurfactantes são mais utilizados na indústria petrolífera, onde são
incorporados em formulações de óleos lubrificantes e na produção de petróleo. Outras
aplicações estão relacionadas à biorremediação, à dispersão no derramamento de óleos,
à remoção e mobilização de resíduos de óleo em tanques de estocagem, à recuperação
melhorada de petróleo (MEOR), às aplicações terapêuticas, à agricultura, mineração,
aplicação em produtos de higiene e cosméticos e na indústria de alimentos (Nitschke &
Pastore, 2002).
Os acidentes com derramamento de petróleo se tornaram numerosos e vem
causando muitos problemas ecológicos e sociais. Como os biossurfactantes aumentam a
interação superficial água/óleo e óleo/água, aceleram a degradação de vários óleos por
micro-organismos e promovem a biorremediação de águas e solos. A capacidade dos
biossurfactantes em emulsificar e dispersar hidrocarbonetos em água aumenta a
degradação destes compostos no ambiente. Uma vez que os micro-organismos
37
degradadores estão presentes em oceanos, a biodegradação constitui um dos métodos
mais eficientes de remoção de poluentes; entretanto, os estudos ainda ocorrem à nível
laboratorial e a biorremediação de oceanos utilizando biossurfactantes permanece ainda
como um desafio. Os biossurfactantes podem ser usados diretamente para emulsificar e
aumentar a solubilidade de contaminantes hidrofóbicos no solo. Alternativamente,
podem ser utilizados micro-organismos produtores de biossurfactantes ou, pode ser
realizada a adição de fatores de crescimento de micro-organismos selvagens capazes de
produzir estes compostos.
Alguns estudos demonstraram o aumento da biodisponibilidade de compostos
aromáticos pouco solúveis como os aromáticos policíclicos (HPA) pelo uso de
biossurfactantes. O tratamento de amostras contaminadas por fenantrano e naftaleno
com biossurfactantes resultou em aumento em suas taxas de solubilização e
mineralização.
O uso de biossurfactantes na biodegradação de pesticidas vem sendo objeto de
investigação. A degradação de hexaclorociclohexano por biossurfactantes produzidos
por Pseudomanas foi relatada, sendo que outros organoclorados como DDT e
cicloedienos também foram emulsificados em menor grau. Os biossurfactantes também
são úteis na biorremediação de locais contaminados com metais pesados tóxicos como
urânio, cádmio e chumbo. Além do mais, os biossurfactantes produzidos por
Arthrobacter, Pseudomonas, Corynebacterium e B. subtilis demonstraram resultados
promissores na remoção de piche em areias contaminadas.
Os biossurfactantes podem ser utilizados para emulsificar e aumentar a
solubilidade de contaminantes hidrofóbicos no solo. Atualmente utiliza-se micro-
organismos produtores e adição de fatores de crescimento de micro-organismos
selvagens capazes de produzir biossurfactantes.
Resíduos e frações de óleos pesados que sedimentam no fundo de tanques de
estocagem são altamente viscosos e podem se tornar depósito de sólidos que não podem
ser removidos por meio de bombeamento convencional. A remoção requer lavagem
com solventes ou limpeza manual que são demoradas e caras. O uso de biossurfactantes
que promovem a diminuição na viscosidade e a formação de emulsões óleo/água,
facilita o bombeamento dos resíduos e a recuperação do óleo cru após a quebra da
emulsão. A utilização de biossurfactantes para a limpeza de tanques, substituindo os
surfactantes convencionais, promove a limpeza e recuperação de 90% dos
hidrocarbonetos presentes no resíduo (Nitschke & Pastore, 2002).
38
A Recuperação Melhorada do Petróleo (MEOR) consiste em uma tecnologia
de recuperação terciária do petróleo que utilizam micro-organismos ou produtos de seus
metabolismos para a recuperação de óleo residual. Os micro-organismos produzem
polímeros e surfactantes que reduzem a tensão superficial óleo-rocha, reduzindo as
forças dos capilares que impedem a movimentação do óleo através dos poros da rocha.
A utilização de biossurfactantes também auxilia na emulsificação e na quebra dos filmes
de óleo das rochas.
O mecanismo MEOR in situ deve-se a múltiplos efeitos dos micro-oganismos
no ambiente e no óleo. Estes efeitos incluem: formação de gás e aumento da pressão;
produção de solventes; degradação da matriz calcárea; redução na viscosidade do óleo e
da tensão interfacial pela produção de biossurfactantes; produção de solventes;
degradação de macromoléculas do óleo, resultando em diminuição da viscosidade;
bloqueio seletivo da biomassa nas zonas de alta permeabilidade.
A utilização de biossurfactantes em MEOR envolve várias estratégias, como
a injeção de micro-organismos produtores de biossurfactantes no reservatório e
subsequente propagação in situ; ou a injeção de nutrientes no reservatório, estimulando
o crescimento de micro-organismos selvagens produtores de biossurfactantes, ou ainda
a produção de biossurfactantes em reatores e posterior injeção no reservatório. A última
estratégia é mais cara devido à necessidade de capital para produção, purificação e
introdução de biossurfactantes. As outras requerem que o reservatório contenha
bactérias capazes de produzir quantidades suficientes de biossurfactantes.
Na MEOR in situ os micro-organismos devem ser aptos a crescer em
condições extremas, como alta temperatura, pressão, salinidade e baixa tensão de
oxigênio. Muitos micro-organimos adaptados a condições extremas, com capacidade
para recuperação de óleo cru têm sido isolados e analisados (Nitschke & Pastore, 2002).
A surfactina, um dos mais conhecidos biossurfactantes, possui várias
aplicações farmacêuticas como a inibição da formação de coágulos; formação de canais
iônicos em membranas, atividade antibacteriana e antifúngica; atividade antiviral e
antitumoral. O biossurfactante produzido por R. erythropolis tem a capacidade de inibir
o vírus do herpes simples e vírus parainfluenza.
A iturina, lipopeptídio produzido pó B. subitilis, demonstrou atividade
antifúngica, afetando a morfologia e a estrutura de membrana celular de leveduras. A
inibição da adesão de bactérias entéricas patogênicas por biossurfactantes produzidos
por Lactobacillus foi avaliada. Alguns pesquisadores sugerem o desenvolvimento de
39
agentes antiadesivos para uso em cateteres visando diminuir a formação de biofilmes
(Nitschke & Pastore, 2002).
Os biossurfactantes são usados na agricultura especialmente em formulações
de herbicidas e pesticidas. Os compostos ativos destas formulações são geralmente
hidrofóbicos, sendo necessários agentes emulsificantes para dispersá-los em soluções
aquosas. Biossurfactantes de Bacillus foram utilizados para emulsificar formulações de
pesticidas organofosforados imiscíveis. Os raminolopídios possuem potencial para o
combate biológico de fitopatógeno que produzem zoósporos (Nitschek & Pastore,
2002).
Compostos tensoativos produzidos por culturas de Pseudomonas sp. e
Alcaligenes sp. foram utilizados para flotação e separação de calcita e eschelita. A
recuperação foi de 95% para CaWO4 e 30% para CaCO3, ressaltando que reagentes
químicos convencionais são incapazes de separar estes dois minerais. O Biodispersan
polissacarídeo aniônico, produzido por A. calcoaceticus A2, foi utilizado na prevenção
da floculação e dispersão de misturas de pedra calcárea e água. Biossurfactantes de C.
bombicola demonstram eficiência na solubilização de carvão (Nitschek & Pastore,
2002).
Devido a sua compatibilidade com a pele, os bissurfactantes podem ser usados
em produtos de higiene e cosméticos. Alguns pesquisadores observaram que em um
certo produto comercial que continha 1 mol de soforolipídios e 12 moles de
propilenoglicol, apresentou excelente compatibilidade dérmica, sendo utilizado como
hidratante em cremes faciais. Alguns soforolipídios são utilizados como umectantes
para incorporação em produtos de maquiagem. A KAO Co. Ltda desenvolveu um
processo fermentativo para produção de soforolipídios, que posteriormente sofrem
esterificação, resultando em um produto com aplicação em batons e como hidratante
para pele e cabelos. A preparação de biossurfactantes pela ação enzimática,
principalmente lipases, sobre moléculas hidrofóbicas promoveu um novo
direcionamento na produção de compostos utilizados em produtos de higiene e
cosméticos (Nitschek & Pastore, 2002).
A emulsificação tem um papel importante na formação da consistência e
textura, dispersão de fase e na solubilização de aromas. Os biossurfactantes são
utilizados como emulsionantes no processamento de matérias-primas. Os agentes
tensoativos encontram aplicação em panificação e produtos derivados de carne, onde
influenciam as características reológicas da farinha e a emulsificação de gorduras. O
40
bioemulsificante produzido por C. utilis tem sido utilizado em molhos prontos para
saladas (Nitschke & Pastore, 2002).
Por definição, uma emulsão é um sistema heterogêneo, consistindo de ao
menos um líquido imiscível (fase interna descontínua) disperso em outro (fase externa
contínua) em forma de pequenas gotas, com um diâmetro que excede de 0,1µm. Tais
sistemas possuem uma estabilidade mínima, a qual pode ser aumentada por aditivos
surfactantes, sólidos finamente divididos, que atuam reduzindo a tensão interfacial,
diminuem a energia na superfície entre as duas fases e a coalescência das partículas por
meio da formação de barreiras estéricas e eletrostáticas. Exemplos de emulsões naturais
são o leite e a gema do ovo. Exemplos de alimentos processados, que são emulsões são:
creme de leite, manteiga, margarina, maionese, molhos para salada, salsicha, lingüiça,
sorvetes, bolos, chocolates, recheios e produtos instantâneos (Barros et al, 2007).
Algumas vantagens da aplicação de biossurfactantes em alimentos são: podem
ser produzidos sob aplicação de procedimentos relativamente simples e baratos; novos
tipos de surfactantes, que não são facilmente sintetizados por processo químico, podem
ser obtidos biologicamente; possuem um aspecto ecologicamente correto, devido à sua
completa biodegradabilidade; para aplicações específicas, diferentes propriedades do
mesmo composto podem ser utilizadas, bem como seu potencial para utilização como
ingrediente com propriedades funcionais (Barros et al, 2007).
Apesar da aplicação potencial, a indústria de alimentos não utiliza ainda os
biossurfactantes como aditivos em larga escala. Muitas propriedades dos
biossurfactantes, assim como sua regulação em relação à aprovação como novo
ingrediente para alimentos, têm que ser resolvidas. A elaboração de testes e a avaliação
de qualquer novo ingrediente podem ser requeridas de acordo como os regulamentos da
“Food and Drug Administration” (FDA) e este processo geralmente é longo. Os fatores
a serem considerados neste tipo de avaliação estão relacionados a questões nutricionais,
funcionais, sensoriais, biológicas e toxicológicas do novo ingrediente (Barros et al.,
2007).
Outras aplicações para a utilização de biossurfactantes incluem a indústria de
papel, têxtil e cerâmica. O biodispersan tem aplicação na indústria de tintas, pois gera
maior espalhabilidade e aumenta as propriedades de mistura. (Nitschek & Pastore,
2002). A tabela 4 mostra as principais aplicações comerciais dos biossurfactantes.
41
Tabela 4. Principais aplicações comerciais dos biossurfactantes.
Funções Campos de aplicação
Emulsionantes e dispersantes Cosméticos, tintas, biorremediação, óleos
e alimentos
Solubilizantes Produtos farmacêuticos e de higiene
Agentes molhantes e penetrantes Produtos farmacêuticos, têxteis e tintas
Detergentes Produtos de limpeza, agricultura
Agentes espumantes Produtos de higiene, cosméticos e flotação
de minérios
Agentes espessantes Tintas e alimentos
Seqüestrantes de metais Mineração
Formadores de vesículas Cosméticos e sistema de liberação de
drogas
Fator de crescimento microbiano Tratamento de resíduos oleosos
Demulsificantes Tratamento de resíduos, recuperação de
petróleo
Redutores de viscosidade Transporte em tubulações, oleodutos
Dispersantes Misturas carvão-água, calcáreo-água
Fungicida Controle biológico de fitopatógenos
Agente de recuperação Recuperação terciária de petróleo
(MEOR)
Fonte: Nitschke & Patore (2002)
Estudos que visavam a produção de tensoativos biológicos utilizaram vários
gêneros de fungos filamentosos: Penicillium corylophilum, Aspergillus fumigatus e
Aspergillus versicolor para aplicação em biorremediação de solos contaminados por
petróleo. Algumas das linhagens identificadas, por espécie, foram: Aspergillus terreus,
Aspergillus fumigatus, Aspergillus versicolor, Aspergillus niveus, Aspergillus Níger,
Penicillium corylophilum, Paecilomyces variotti, Paecilomyces niveus, Fusarium sp.
No estudo de Reiche (2005) e Prata (2008) foi demonstrado que o fungo de maior
42
potencial como agente de produção de tensoativos biológicos foi o Penicillium
corylophilum.
3.5 Ensaio de ecotoxicidade em processos de biorremediação
Toxologia é o estudo dos efeitos nocivos dos agentes químicos ou físicos sobre
os organismos vivos, tendo como objetivo principal estabelecer o uso seguro de agentes
químicos. As substâncias químicas de interesse incluem tanto produtos químicos,
sintéticos, quanto aqueles que existem naturalmente no ambiente. Na toxicologia, os
efeitos são determinados em geral, pela injeção ou administração oral de substâncias de
interesse em animais, observando-se como a saúde desses é afetada, por meio de relação
dose-resposta (Baird, 2002).
Os testes de toxicidade são amplamente empregados para a avaliação dos efeitos
adversos de agentes químicos sobre a biota terrestre e aquática, e possibilitam a
avaliação dos impactos de poluentes para organismos do solo e dos corpos receptores.
Sendo assim, os testes de toxicidade podem ser realizados para avaliar o potencial de
bioacumulação do contaminante fornecendo informações de toxicidade e
biodisponibilidade, podendo ser uma importante ferramenta no auxílio do
monitoramento de áreas degradadas (Ramos et al., 2007).
Uma vez no ambiente, os contaminantes podem estar sujeitos a uma combinação
de processos que podem afetar o seu destino e comportamento. As substâncias
potencialmente tóxicas podem ser degradadas por processos abióticos e bióticos que
ocorrem na natureza. No entanto, algumas delas resistem aos processos de degradação e
por isso são capazes de persistirem no ambiente no ambiente por longos períodos de
tempo. O descarte contínuo no ambiente de uma substância persistente pode levar à sua
acumulação em níveis ambientais suficientes para resultar em toxicidade (Costa et al.,
2008).
Segundo Sisinno et al. (2006), os testes de ecotoxicidade são, geralmente,
desenvolvidos para determinar a toxicidade de substâncias adicionadas a um solo
artificial, a fim de que vários interferentes sejam eliminados. O grande desafio na
adaptação desses métodos para a complementação da avaliação de áreas contaminadas é
a substituição do substrato artificial pelas amostras de solos trazidas dessas áreas, a
43
avaliação dos possíveis interferentes nos resultados, bem como a escolha dos
organismos-teste para amostras com determinadas características (Sisinno et al., 2006).
Dorn & Salanitro (2000) ressaltam que poucos dados existem para efeitos
específicos de contaminação de hidrocarbonetos para tipos de solos, tipos de óleos e
outros produtos químicos presentes em solos. A maioria dos dados sobre os efeitos dos
hidrocarbonetos é derivada das informações sobre ambientes aquáticos, sendo estes
extrapolados para solos. Isso ressalta a importância da realização de testes de
ecotoxicidade para solos contaminados, antes e após o processo de biorremediação.
Existem metodologias analíticas que permitem caracterizar a toxicidade de
substâncias químicas utilizando exposição de organismos vivos como bioindicadores. A
utilização de bioindicadores é uma ferramenta essencial para teste de toxicidade em
solos, as interações entre compostos químicos e o solo devem ser avaliados para
identificar corretamente o impacto no ambiente.
Realizados no período inicial e final do tratamento de biorremediação, os testes
de toxicidade permitirão verificar se ouve de fato redução de toxicidade do solo. Estas
análises constituem um recurso prático, de baixo custo, e de sensibilidade razoável na
indicação qualitativa da presença de substâncias tóxicas e inibidores biológicos
(Inazaki, 2001).
Os contaminantes no solo podem ser adsorvidos ou liberados e podem ter efeitos
tóxicos variados dependendo do tipo de minerais, matéria orgânica, pH, potencial redox
umidade e manejo do solo (Kapenen & Itavaara, 2001).
3.5.1 Organismos utilizados em testes toxicidade
Algas
O uso de algas como indicador biológico é importante porque, como produtores
primários, elas se situam na base cadeia alimentar e qualquer alteração na dinâmica e de
suas comunidades pode afetar os níveis tróficos superiores do ecossistema. Dentre as
vantagens em se utilizar algas em testes de toxicidades podemos destacar sua grande
sensibilidade às alterações ocorridas no meio ambiente e o seu ciclo de vida
relativamente curto, o que possibilita a observação de efeitos tóxicos em várias gerações
(Reginatto, apud Costa et al., 2008).
44
Crustáceos e peixes
Crustáceos de água doce da ordem Cladocera e do gênero Daphnia, os quais são
vulgarmente conhecidos como pulgas d'água, são bastante utilizados em testes de
toxicidade porque são amplamente distribuídos nos corpos d'água doce, são importantes
em muitas cadeias alimentares e são fonte significativa de alimento para peixes,
possuem um ciclo de vida relativamente curto, são facilmente cultivados em laboratório,
são sensíveis a vários contaminantes do ambiente aquático e porque, devido ao seu
pequeno tamanho, necessitam de menores volumes de amostras-teste e água de diluição
do que os testes realizados com algas e peixes (American Public Health Association,
1998; Shaw & Chadwick, 1998; Tatarazako et al., 2003 Apud Costa et al., 2008).
Os Principais representantes dos consumidores secundários nas cadeias
alimentares são os peixes. Diversas espécies de peixes são utilizadas como
bioindicadores. No Brasil a espécie mais utilizada é o Danio rerio, o qual é vulgarmente
conhecido como peixe paulistinha ou peixe zebra, Pimephales promelas, o qual é
popularmente conhecido como ´´Fathead minnnow``, também é utilizado em testes de
toxicidade. O parâmetro avaliado nos testes de toxicidade aguda com peixes é a
mortalidade e os testes de toxicidade crônica com esses organismos requerem longos
períodos de tempo, uma vez que seu ciclo de vida e seu período reprodutivo são longos
quando comparados aos de outra espécie (Gherardi-Goldstein et al., 1990; Nakagome et
al., 2007).
Bactérias
Embora tradicionalmente algas, crustáceos e peixes sejam usados para medidas
de toxicidade aquática, esses testes requerem maiores tempo de exposição e volume de
amostra do que testes de toxicidade que utilizam bactérias. Dentre esses, o teste que
utiliza a bactéria marinha bioluminescente Vibrio fischeri e recebe o nome de Microtox
é, sem dúvida, o mais utilizado (Zwart & Slooff, 1983; Wadhia & Thompson, 2007
Apud Costa et al., 2008). Nesse teste é medida a redução da luminescência emitida
naturalmente pela bactéria quando ela é posta em contato com um agente tóxico, o qual
inibe a atividade da enzima luciferase. O tempo de duração do teste varia entre 15 e 30
min.
Microtox é um teste de toxicidade rápido, sensível, fácil de executar e de baixo
custo que pode ser utilizado no controle da poluição das águas e efluentes industriais.
45
Apesar dessas vantagens é um teste criticado por empregar uma bactéria marinha de
pouco significado ecológico (Harmel, 2004 Apud Costa et al., 2008).
Minhocas
As minhocas são essencialmente cosmopolitanas e vulneráveis a maioria dos
fatores que afetam, especialmente, os ecossistemas do solo. As espécies recomendadas
pelo padrão ASTM (1995) e OECD (1984) são Eisenia fetida e Eiseni andrei que
podem ser cultivadas, facilmente, no laboratório. O padrão ASTM (1995) para
toxicidade em solo, utilizando E. fetida, é usado para avaliar os efeitos tóxicos letais ou
subletais das minhocas num curto período de tempo. Os efeitos subletais podem ser o
crescimento, comportamento, reprodução e processos fisiológicos. A duração do teste
de toxicidade aguda varia de 7 a 14 dias e o teste de reprodução em torno de 9 semanas
(Kapanen & Itavaara, 2001).
Há, também, o teste de fuga de minhocas que permite a avaliação de sítios
contaminados com nível de estresse mais baixo dos organismos do que os testes de
toxicidade aguda e pode ser aplicado, facilmente, para verificar compostos tóxicos no
solo. O teste de fuga pode, em muitos casos, ser um indicador mais sensível do que os
testes de toxicidade aguda. Esse teste pode ser avaliado em 24 ou 48 h (Yeardley et al.,
1996).
Plantas
As plantas são consideradas produtores primários em ecossistemas terrestres e,
dessa forma, é importante identificar e entender a magnitude de alguns impactos já que
as plantas são sensíveis às substâncias tóxicas e podem ser utilizadas como
bioindicadores (Schowanek, et al., 2004).
A fitotoxicidade é a utilização de plantas sensíveis a substâncias tóxicas e podem
ser utilizadas como bioindicadores. Os testes com plantas geralmente são utilizados nas
seguintes categorias:
Biotransformação: transformação em compostos produzidos e gerados pelas
plantas.
Captação de cadeia alimentar: quantidade e concentração de substâncias tóxicas
que podem entrar na cadeia alimentar pela captação das plantas.
46
Sentinela: Monitoramento de poluentes observando os sintomas de toxicidade
apresentados pelas plantas.
Indicadores: capacidade que algumas plantas têm de indicar características
físicas ou químicas do solo.
Fitotoxicidade: pode ser definida pela germinação das sementes, alongamento da
raiz e crescimento da muda de plantas com a finalidade de exercer papel de
bioindicadores (Fletcher, 1991).
Algumas espécies que foram recomendadas pela Organização para a Cooperação
e Desenvolvimento Econômico (OECD), Agência de Proteção Ambiental Americana
(USEPA) e Administração de Alimentos e Drogas (FDA): azevém (Lolium perene),
arroz (Oryza sativa), aveia (Avena sativa), tomate (Lycopersicon), sorgo (Sorghum),
rabanete (Raphanus sativus), nabo (Brassica rapa), repolho (Brassica campestris),
feijão (Phaseolus aureus), alface (Lactuca sativa), cenoura (Daucus carota), soja
(Glycine Max), milho (Zea mays), cebola (Allium cepa) e trigo (Triticum) (Fletcher,
1991).
Na pesquisa de Millioli a autora utilizou alface e tomate para avaliar a toxicidade
de dois dos seis surfactantes por ela empregados em testes de biorremediação. Os testes
de toxicidade de ambos os surfactantes com L. sativa (alface) e L. esculentum (tomate)
indicaram que ambos apresentaram alta toxicidade em altas concentrações de
surfactantes.
3.5.2 Atividade Enzimática
A atividade enzimática pode ser utilizada para descrever os efeitos dos
compostos tóxicos sobre a população microbiológica do solo. As enzimas usadas na
atividade microbiológica do solo são as hidrolases (fosfatases e ureases) e as
oxidorredutases (desidrogenases) (Ratsep, 1991). A determinação da atividade
desidrogenásica é o método mais comum utilizado para testes de toxicidade enzimática
e é o método baseado na estimativa da taxa de redução de fenil tetrazolium (TTC) a
trifenil formazan (TPF) nos solos após incubação a 30°C por 24 h. O TTC funciona
como aceptor final de elétrons, sendo, portanto, um dos métodos mais frequentemente
usado para tal estimativa (Bitton & Koopman, 1992).
47
4 CONCLUSÃO
A biotecnologia industrial esta se desenvolvendo cada vez mais de tal maneira
que os micro-organismos se utilizam de diversas formas em diferentes setores de
produção (industrial, medicina, alimentos, mineração, dentre outros). Na
biorremediação de solos contaminados com óleo cru o interesse é muito grande,
principalmente pela indústria de petróleo que investe bilhões em pesquisas para
recuperar as áreas afetadas pelos danos causados por esse combustível fóssil. As várias
técnicas de biorremediação associadas à microbiologia aplicada à biotecnologia serão
provavelmente um dos grandes avanços de pesquisas nos próximos anos,
principalmente quando aliados aos biossurfactantes. Os referidos compostos são
essenciais, não só para a remediação de solos impactados com petróleo, como também
para solos impactados com outras substâncias tóxicas, que possam contaminar
gravemente alguns ambientes e prejudicar vários ecossistemas. Os biossurfactantes
podem ser utilizados em várias aplicações industriais. Entretanto, ainda não são
amplamente utilizados por causa do seu custo de produção e de métodos ineficientes de
recuperação. Além do mais, se faz necessário o uso de substratos caros. Alguns
problemas econômicos relacionados à produção de biossurfactantes podem ser
reduzidos mediante a utilização de fontes alternativas de nutrientes.
Com os futuros avanços nas técnicas de biorremediação não só áreas
contaminadas por petróleo poderão ser remediadas, mas também locais que foram
contaminados por outro tipo de substâncias tóxicas e difíceis de serem degradadas.
Igualmente importante nos avanços tecnológicos na área de biorremediação está
a conscientização das pessoas, em especial do governo, porque são eles que irão exigir
um comportamento adequado das indústrias ou de qualquer empresa com potencial para
poluir o ambiente e, até mesmo poderão criar mediadas preventivas para evitar as
catástrofes ambientais ocasionadas pelo derramamento acidental dos hidrocarbonetos de
petróleo. Dessa forma, muitos derrames graves que aconteceram nos últimos anos
poderão ser remediados com eficácia e, inclusive evitados. Por outro lado considero o
uso de bioindicadores de grande importância para avaliar os níveis de toxicidade
provocados por substâncias químicas, ou por outro tipo de substâncias igualmente
tóxicas. Quanto à avaliação da ecotoxicidade acredito ser necessária a busca por
bioindicadores adequados para ser utilizados no processo de biorremediação,
48
principalmente em solo, por entender que ainda não foi encontrado o organismo capaz
de indicar adequadamente a toxicidade provocada por substâncias poluidoras. Ou até
mesmo aperfeiçoar os testes existentes. No que tange aos biossurfactantes acredito que
sejam necessárias mais pesquisas para poder aplicar efetivamente esses compostos na
biorremediação de solos impactados por petróleo, principalmente naquelas áreas que
sofrem com o intemperismo e nas quais os hidrocarbonetos de petróleo se tornam
recalcitrantes. Esperamos que o domínio do conhecimento, bem como as vantagens que
os biossurfactantes oferecem em outros setores industriais sejam exercidos da mesma
forma quando se trata de resolver problemas ambientais.
49
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