emprego de tensoativos na biorremedia o · fontes de energia, visto que as máquinas passaram a ser...
TRANSCRIPT
EMPREGO DE TENSOATIVOS NA BIORREMEDIAÇÃO: ESTADO DA ARTE
Marcelo Eugenio da Silveira
Rio de Janeiro
2009
Silveira, Marcelo Eugenio.
Emprego de tenso ativo na biorremediação: estado da arte/ Marcelo Eugenio da Silveira. – Rio de Janeiro: UEZO, 2009.
31 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Biotecnologia) – Centro Universitário Estadual da Zona Oeste, CCBS, 2009 .
Orientadora: Judith Liliana Lemos
1. Biorremediação. 2. Biossurfactante. 3.Petróleo. 4. Derramamento.
I. Lemos, Judith Liliana Solórzano. II. Centro Universitário Estadual da Zona Oeste. CCBS. III. Título.
MARCELO EUGENIO DA SILVEIRA Aluno do curso de Biotecnologia
Matrícula: 0613800015
EMPREGO DE TENSOATIVOS NA BIORREMEDIAÇÃO: ESTADO DA ARTE
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso
de Graduação em Biotecnologia, do Centro
Universitário Estadual da Zona Oeste, como requisito
parcial para a obtenção do grau de Tecnólogo em
Biotecnologia, realizado sob a orientação da Profª Drª
Judith Liliana Solórzano Lemos.
Rio de Janeiro
2009
Emprego de Tensoativos na Biorremediação:
Estado da Arte
Elaborado por Marcelo Eugenio da Silveira
Aluno do Curso de Biotecnologia da UEZO
Este trabalho de Graduação foi analisado e aprovado com
Grau: .....................
Rio de Janeiro, _____ de __________________ de 2009.
_____________________________________________
Profª. Drª Maria de Fátima Sarro. Membro
_____________________________________________
Profª. Drª Marise Costa de Mello. Membro
____________________________________________
Prof. M. Sc. Rafael Berrelho Bernini Professor de TCC
_____________________________________________ Profª orientadora, Drª Judith Liliana Solórzano Lemos.
Presidente
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
JULHO DE 2009
Agradecimentos
Um agradecimento especial a Deus, que nos
permite ter a cada dia, as dificuldades necessárias
para podermos amadurecer e evoluir, guiando-nos
sempre para que alcancemos o próximo degrau;
aos meus queridos pais, minha tia, meus irmãos,
cunhadas e sobrinhos pelo apoio nas mais
variadas situações, onde uma palavra ou a
ausência dela pôde fazer grande diferença;
à minha querida e amada noiva, Cláudia Iara, que
muito me ajudou com paciência canônica, carinho
e atenção, sendo meu porto seguro nos momentos
das mais variadas dificuldade
aos professores que, desde 2006, contribuíram
para obtenção de conhecimentos os quais
proporcionaram realização deste trabalho,
destacando minha orientadora Liliana Lemos,
uma profissional surpreendente, com rápida
solução para os imprevistos mais inusitados que
apareceram durante o presente trabalho, além do
professor Rafael Bernini, que orientou-nos com
muita dedicação nas disciplinas de TCC, visando
nosso sucesso neste trabalho;
aos meus queridos colegas de estudo, muitos são
os nomes, aos citá-los corre-se o risco de cair na
armadilha de faltar algum, no entanto,
importantes integrantes dessa jornada não
poderiam deixar de serem citados tais como
Amanda Suret, André Campos, Ana Carolina,
Akio, Bruno Gabriel, John C. Neris, minha
querida irmãzinha Dayane, a meiga Vânia
Priscila, a dedicada Paula, além de uma amiga
que palavras faltam para agradecer o quanto fez
por mim, a ansiosa Fernanda Souza;
muito, muito obrigado a todos vocês!
RESUMO
O presente trabalho trata-se de uma revisão de literatura em que é
apresentado o petróleo, a expansão do seu uso até chegar aos derramamentos
acidentais, que causam malefícios incomensuráveis ao ambiente, contaminando
solos e, conseqüentemente, afetando todo um ecossistema. Tal problema pode
ser reparado por processo de biorremediação, sendo este, potencializado pelo
uso de moléculas anfipáticas denominadas biosurfactantes, também conhecidas
como tensoativo biológicos. Apresentam-se vantagens e desvantagens dos
biossurfactantes sobre os surfactantes sintéticos. Cabe salientar que, pelo fato de
serem empregados substratos caros na sua produção o seu custo poderia ser
minimizado, se empregados substratos alternativos, acarretando no aumento da
utilização dessas moléculas anfipáticas em processos de biorremediação.
Palavras-chave: Petróleo, derramamento, biorremediação, biossurfactante.
SUMÁRIO
Resumo...............................................................................................v
1-Introdução.............................................................................................................1
1.1-Histórico da força de trabalho até chegar ao petróleo............................1
1.2-Petróleo...................................................................................................2
1.3-Danos causados ao ambiente pelos derrames de petróleo...................4
1.4-Biorremediação com utilização de Biosurfactante................................5
2-Objetivo................................................................................................................7
3.-Revisão de Literatura..........................................................................................8
3.1- Biorremediação do petróleo...................................................................8
3.2- Tensoativos..........................................................................................10
3.2.1-Tensoativos Sintéticos.......................................................................12
3.2.2-Tensoativos Biológicos .....................................................................13
3.2.3-Vantagens do uso dos surfactantes naturais sobre os sintéticos.....18
3.2.4- Solução para superar o alto custo dos substratos............................19
4.-Conclusão.........................................................................................................20
5-Referências Bibliográficas..............................................................
1- INTRODUÇÃO
1.1 - HISTÓRICO DA FORÇA DE TRABALHO ATÉ CHEGAR AO EMPREGO DO
PETRÓLEO
Até a primeira metade do século XVIII a forma de produção dava-se por
meio do uso das mãos, com auxílio de algumas ferramentas no trabalho, no
entanto, a partir daí, na Inglaterra, surgiu a Primeira Revolução Industrial, que foi
marcada pela passagem da manufatura à indústria mecânica, onde a introdução
de máquinas fabris multiplicou o rendimento do trabalho e ocorreu aumento
considerável na produção. Além disso, a descoberta do vapor como força motriz,
além de impulsionar a produção industrial, chegou também aos transportes, como
os barcos e locomotivas movidas a vapor (VICENTINO,1997).
Ainda segundo Vicentino (1997) a segunda fase da revolução, que ocorreu
entre 1860 e 1900 foi caracterizada pela difusão dos princípios de industrialização
na França, Alemanha, Itália, Bélgica, Holanda, Estados Unidos e Japão. Nessa
fase as principais mudanças no processo produtivo foram a utilização de novas
formas de energia, ou seja, na Primeira Revolução Industrial as máquinas eram
movidas a vapor, já a Segunda Revolução Industrial permitiu a diversificação do
desenvolvimento tecnológico, graças à maior potência e eficiência de novas
fontes de energia, visto que as máquinas passaram a ser movidas por eletricidade
e derivados do petróleo.
Desde a metade do século XIX, sendo explorado comercialmente como
lubrificante e até como iluminação, o petróleo apresentou sua maior participação
após a invenção do motor de combustão interna, com uma rápida aceitação e
utilização nos mais variados meios de transporte, aumentando consideravelmente
a sua procura e a de seus subprodutos. No entanto, essas formas de utilização
podem ter envolvido riscos de poluição, causando muitos problemas ao ambiente,
que até podem ter sido minimizados, mas não totalmente eliminados (PALA, 2006
apud OLIVEIRA, 2008).
Com a crescente onda de desenvolvimento e produção exacerbada de
energia, visando fornecer meios para suprir as necessidades de um crescimento
industrial cada vez maior, muitos meios foram usados para produção de energia.
Desta forma, muitos processos industriais não suportariam a falta de um meio de
produção energética como o petróleo.
1.2 - PETRÓLEO
O petróleo é um líquido oleoso, cuja cor varia segundo a origem, oscilando do
negro ao âmbar. É encontrado no subsolo, em profundidades variáveis, podendo
haver acumulações tanto a poucos metros da superfície terrestre, quanto a mais
de 7000 mil a 8000 mil metros de profundidade e é muito rico em hidrocarbonetos
(CÚLEO, 2007).
O petróleo pode ser retirado de variadas partes, sendo assim, o geólogo
Marcio Rocha Mello, em 2004, foi um dos primeiros a falar da possibilidade de se
encontrar, no litoral brasileiro, petróleo sob a grossa camada de sal nas
profundezas do Oceano Atlântico, na região conhecida como pré-sal. Mello, que
deixou a Petrobras em 2000, depois de 30 anos de serviço é dono da HRT
Petroleum, um grupo de oito empresas prestadoras de serviço no ramo petrolífero
e hoje se sabe que ele estava correto em sua hipótese (Revista Época, 2008).
O pré-sal nada mais é que uma porção do subsolo que se encontra a alguns
quilômetros abaixo do leito do mar, abaixo de uma camada de sal que foi formada
há 150 milhões de anos e possui grandes reservatórios de óleo leve que é um
óleo de melhor qualidade e que produz petróleo mais fino.
De acordo com os resultados obtidos através de perfurações de poços, as
rochas do pré-sal (Figura 1) se estendem por 800 quilômetros do litoral brasileiro,
desde Santa Catarina até o Espírito Santo, chegando a atingir até 200 quilômetros
de largura. Só no campo de Tupi, que é uma parte da Bacia de Santos, de acordo
com análises de testes de formação, estima-se que haja entre 5 bilhões e 8
bilhões de barris de petróleo, ou seja, o suficiente para elevar as reservas de
petróleo e gás da Petrobras em 40% a 60% (Veja, 2008).
Figura 1 – Pré-sal, regiões em exploração. Fonte: Veja, 2008
Mesmo com uma política de proteção ao meio ambiente por parte da
Petrobras, há de ser levado em consideração que a maioria do petróleo é extraída
de locais distantes do seu consumo, além disso, é comum que este seja
transportado em grandes quantidades. Os mais importantes métodos de
transporte de petróleo ocorrem por reservatórios oceânicos e por oleodutos sobre
a terra. Estes métodos de transporte podem poluir o ambiente através de
derramamentos acidentais de petróleo por operações de descarga. Ocorreram
alguns derramamentos envolvendo grandes quantidades de petróleo bruto de
super reservatórios localizados longe da costa, que apesar de possuírem grande
capacidade de armazenamento de petróleo, este acaba sendo derramado face à
quantidade retirada superar a capacidade de armazenamento. Em adição, as
grandes facilidades que são usadas para o refinamento do petróleo causam
crônicas contaminações e poluição pela descarga de hidrocarbonetos e por
pequenos, porém, freqüentes derramamentos (GRIJÓ, 2004).
Segundo Oliveira (2008), a aceleração dos processos industriais no século
XX levou a produção de poluentes ambientais, como resultado da produção e má
administração desses resíduos, acarretando no fato de hoje termos várias áreas
do meio ambiente afetadas pela contaminação. O petróleo tem sido utilizado há
muitas décadas, além disso, teve uma estrondosa adoção pelas mais variadas
formas de transporte, aumentando seu consumo, e com isso sua demanda e sua
distribuição, além de gerar aumento de seus subprodutos, com isso, gerando
riscos de poluição que causam sérios problemas para o meio ambiente.
1.3 - DANOS CAUSADOS AO AMBIENTE PELOS DERRAMAMENTOS DE
PETRÓLEO
Um pequeno acidente pode causar sérios danos a um ambiente de grande
sensibilidade, além disso, o tipo de produto do petróleo pode afetar a gravidade
do dano ecológico. As mais importantes considerações devem ser feitas ao grau
de toxicidade e a persistência ambiental dos materiais derramados. Embora o
petróleo seja uma substância natural, ao ser introduzido em um ambiente
aquático comporta-se como uma substância estranha, causando um grave
desequilíbrio. No mundo, os desastres ecológicos pelo derramamento de petróleo
acontecem frequentemente, poluindo as águas e a areia, impossibilitando a
utilização da praia pelos banhistas, além de apresentar efeitos terríveis sobre o
meio ambiente marinho. Esses derramamentos ocorrem por meio dos acidentes
com navios petroleiros ou a lavagem de seus motores e reservatórios diretamente
na água (GRIJÓ, 2004).
Ainda segundo Grijó (2004), o petróleo é menos denso que a água, por isso
flutua sobre ela. Essa camada impede a penetração de oxigênio do ar e da luz do
sol. Sem oxigênio os peixes não podem viver e sem a luz as plantas não podem
fazer a fotossíntese. No mar as algas flutuantes são as maiores fornecedoras de
alimento para os outros organismos, sendo o início da cadeia alimentar. Um
derramamento de petróleo na água reduz a entrada de luz na mesma, o que faz
diminuir a taxa de fotossíntese das algas e, em conseqüência a oxigenação.
Tendo em vista a fácil visualização das florestas, temos a idéia de que elas
são as grandes responsáveis pelo abastecimento de oxigênio. De fato, a
fotossíntese é feita pelos vegetais terrestres. No entanto, a maior fonte de
oxigênio é proveniente dos oceanos, que ocupam cerca de 70% da superfície da
terra e recebem energia solar, aproveitada pelos fitoplânctons e outros vegetais
para a renovação do estoque de oxigênio no processo de fotossíntese. Além
disso, o petróleo adere às brânquias dos peixes impedindo-os de respirar,
matando-os por asfixia. O petróleo também adere nas penas das aves aquáticas
impedindo-as de voar. Os mangues também são afetados pelo petróleo, matando
os filhotes de várias espécies, sendo assim destruído.
Muitos incidentes têm ocorrido, causando problemas ao meio ambiente. Para
ter-se idéia em 18 de janeiro de 2000, um oleoduto que liga um dos terminais da
Petrobras a uma refinaria na Baía de Guanabara, no Estado do Rio de Janeiro
rompeu-se, causando a liberação de aproximadamente 1,3 milhões de litros de
petróleo bruto na Baía. Em 16 de julho de 2000, uma ruptura no oleoduto próximo
à refinaria Presidente Getúlio Vargas, localizada a aproximadamente 20 km de
Curitiba, capital do Estado do Paraná, liberou aproximadamente quatro milhões
de litros de petróleo bruto nos rios da região. Em 16 de fevereiro de 2001, a
ruptura do oleoduto Araucária-Paranaguá, por força de movimentos incomuns do
solo, causou a liberação de 50 mil litros de petróleo bruto nos rios Sagrado, Meio,
Neves e Nhundiaquara, localizados no Estado do Paraná. Em 15 de março de
2001, ocorreram três explosões a bordo da plataforma P-36, localizada a 285 km
da costa brasileira, causando incêndio na plataforma e resultando na morte de 11
funcionários da companhia. As explosões destruíram um dos pilares de
sustentação da plataforma e, após quatro dias, a plataforma afundou. O acidente
provocou um derramamento de 1,2 milhões de litros de petróleo no oceano. Em
30 de maio de 2001, houve uma ruptura no duto que transportava petróleo de
Barueri para a refinaria de Paulínia, em São Paulo, ocasionando o vazamento de
199.948 litros de petróleo bruto (PETROBRAS, 2008).
Esses incidentes descritos fazem parte de uma leitura pesada, mas servem
para enfatizar a freqüência com que tais derramamentos ocorrem, prejudicando
de variadas formas a biodiversidade.
1.4 - BIORREMEDIAÇÃO COM UTILIZAÇÃO DE BIOSSURFACTANTES
Segundo Santos e Millioli (2003) e Gabiatti Jr. (2009), apesar do petróleo
apresentar benefícios para sociedade e ser uma das principais fontes de energia,
é um produto tóxico para os organismos. Além de ser um poluente potencial do
ambiente, pode contaminar diretamente os ecossistemas através da fuga natural
dos seus lençóis, derrames de navios petroleiros, acidentes em refinarias ou
plataformas de extração. Por esses motivos o petróleo e seus derivados são
considerados uns dos principais problemas ambientais das últimas décadas, o
que resulta em incentivos para o desenvolvimento de técnicas físicas, químicas e
biológicas com a finalidade de minimizar o impacto ambiental.
Dentre os processos biológicos pode-se destacar a biorremediação, que
consiste na utilização de microorganismos ou dos seus componentes na
recuperação de áreas contaminadas, já seja reduzindo ou eliminando os
contaminantes.
Nitschke e Pastore (2002) concordam que se tornaram numerosos os
acidentes com derramamento de petróleo causando muitos problemas ecológicos
e sociais. Para combater esses problemas são usados os conhecimentos das
propriedades dos biossurfactantes, que aumentam a interação superficial
água/óleo, facilitando o acesso de substratos hidrofóbicos às células. Com isso
aceleram a degradação dos componentes do petróleo por microrganismos e
promovem a biorremediação de águas e solos de uma forma mais eficaz.
2 - OBJETIVO
O objetivo do presente trabalho é apresentar, por meio de uma revisão
bibliográfica, subsídios teóricos para se remediar um problema ambiental
ocasionado pelos derramamentos de petróleo e de seus derivados.
Neste sentido, os metabólitos produzidos por microrganismos, os tensoativos
biológicos foram avaliados como uma solução dos problemas causados na
contaminação das áreas poluídas.
3 - REVISÃO DE LITERATURA
3.1 - BIORREMEDIAÇÃO DE PETRÓLEO
Segundo Oliveira (2008) o petróleo é uma commodity que ocupa posição de
destaque na produção industrial. No entanto, padrões de produção e de consumo,
de forma não sustentáveis, são um desafio, tendo em vista a busca por medidas e
estratégias para enfrentar os efeitos desse contaminante e/ou seus derivados no
meio ambiente.
Com o advento da revolução industrial e os conseqüentes avanços na área da
ciência e tecnologia, houve um aumento de esforços, visando exploração de
recursos naturais. Todavia, este fato gerou distúrbios sem precedentes em ciclos
ambientais elementares. O fato de introduzir compostos xenobióticos, ou a
massiva relocação de matérias naturais em diferentes compartimentos
ambientais, podem afetar a capacidade de autolimpeza dos ecossistemas,
resultando na acumulação de poluentes em níveis alarmantes (RAHMAN et al.,
2002 apud GABIATTI JR).
Para Santos (2003) a poluição causada por petróleo e seus derivados tem
sido um dos principais problemas ambientais das últimas décadas. Diversas
técnicas físicas, químicas e biológicas vêm sendo desenvolvidas para a retirada
de petróleo derramado ou para a redução dos seus efeitos sobre o ecossistema.
Dentre as tecnologias desenvolvidas, destaca-se a biorremediação.
De acordo com Hollinger et al. (1997) apud Jacques et al. (2007) e Ghazaali
(2001), apud Passos (2006) a biorremediação tem como finalidade eliminar ou
transformar os poluentes presentes em amostras ambientais, utilizando
organismos que transformam ou acumulam compostos químicos de alto risco.
Isso baseado na capacidade das plantas e microorganismos de assimilar os
hidrocarbonetos, presentes em poluentes como o petróleo, alimentando-se do
carbono para poder sobreviver e crescer, eliminando-os dos solos contaminados
com um tratamento de baixo custo, maior segurança e menor distúrbio ao
ambiente.
. Segundo Van Hamme et al. (2003) apud Cordeiro (2006) a técnica de
biorremediação tem sua eficiência reconhecida no tratamento de ambientes
poluídos por outros contaminantes diferentes do petróleo, visto que a maioria
desses poluentes também são formados por hidrocarbonetos. De acordo com
Banforth e Singleton (2005) apud Jacques et al. (2007) a biorremediação vem
sendo utilizada há vários anos em outros países e, em certos casos, apresenta
menor custo e maior eficiência na remoção dos contaminantes do que as técnicas
físicas e químicas, como incineração e lavagem do solo. Vale ressaltar que, a
biorremediação é empregada como uma técnica de refino.
De acordo com o pesquisador Sérgio Machado Corrêa, doutor em Química e
professor da Faculdade de Tecnologia da UERJ, a biorremediação é uma
alternativa natural e 40% mais barata que os compostos industrializados.
Para descontaminar áreas poluídas por petróleo, a biorremediação não é
somente a técnica de menor custo, quando comparada às técnicas
convencionais, mas também é uma estratégia ecologicamente adequada para
tratar locais contaminados com moléculas recalcitrantes, que apresentam a
característica de serem persistentes no ambiente, face à difícil degradação
(GAYLARDE, 2005).
Segundo Pandey et al, (1999) apud Barros e Lemos (2006), a biorremediação
é uma técnica que pode ser definida como a utilização de microorganismos para
remover poluentes do solo, água e gases, podendo ser dividida em duas sub-
técnicas, denominadas bioaumento e bioestímulo.
A bioestimuação engloba a estimulação da microbiota nativa por meio de
incorporação de nutrientes, por exemplo; enquanto o bioaumento trata da adição
de populações microbianas exógenas ou endógenas, conhecidas pela capacidade
de degradar compostos tóxicos (MANFIO et al., 2005, apud PASSOS, 2006).
De acordo com Santos e Millioli (2003), a biorremediação é uma técnica
que pode ser dividida em dois tipos, levando em consideração o local de
tratamento: in situ, quando o tratamento é realizado no próprio local de
contaminação. Neste caso o processo é economicamente mais viável. Ou ex-situ,
sendo este caracterizado pela retirado do solo contaminado, seja por escavação
ou remoção, o qual é transferido para outro local para ser tratado, podendo
causar aumento ou não do custo do processo. No entanto, a biorremediação ex-
situ permite maior controle de condições tais como umidade, pH e temperatura.
3.2 - TENSOATIVOS
Tensoativos são também conhecidos como surfactantes e para Barros et al.
(2007) a palavra surfactante é derivada da contração da expressão “surface active
agent”, e, literalmente, esse termo significa, agente de atividade superficial, sendo
assim, surfactantes são compostos caracterizados pela característica de
transformar as propriedades superficiais e interfaciais de um líquido.
A grande habilidade de certos microorganismos no processo de
biorremediação está ligada ao fato delas degradarem os hidrocarbonetos,
liberarem biossurfactantes para o meio, resultando em uma fácil assimilação de
certos substratos insolúveis (BATISTA et al., 2005 apud CORDEIRO, 2006).
Os surfactantes constituem uma classe importante de compostos químicos
amplamente utilizados em diversos setores industriais. Os surfactantes são
moléculas anfipáticas constituídas de uma porção hidrofóbica e uma porção
hidrofílica. A porção apolar é freqüentemente 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
fluidas com diferentes graus de polaridade (óleo/água e água/óleo). É a formação
de um filme molecular ordenado nas interfaces que exerce a função peculiar de
reduzir a tensão interfacial e superficial. Por esse motivo os surfactantes são
utilizados em variadas aplicações industriais, envolvendo detergência,
emulsificação, lubrificação, capacidade espumante, capacidade molhante,
solubilização e dispersão de fases (NITSCHKE E PATORE, 2002).
Segundo Uysal e Turkman (2005) apud Cordeiro (2006) os surfactantes
podem ser quimicamente sintetizados, conhecidos como surfactantes sintéticos,
ou podem ser produzidos por microorganismos, neste caso são denominados
biossurfactantes. Os surfactantes sintéticos têm origem petroquímica, podem ser
catiônicos, aniônicos, não iônicos ou anfóteros, e são usados como dispersantes
de óleos. Já os biossurfactantes são produzidos por bactérias, leveduras e
fungos, e são classificados de acordo com sua natureza química e de acordo com
a espécie microbianas que os produz.
No quadro 1 são apresentados os principais grupos de surfactantes tanto
sintéticos como naturais.
Quadro 1 – Principais grupos de surfactantes de origem natural e sintética Naturais Sintéticos Alquil poliglícosídeos Alcanolaminas
Biossurfactantes Alquil e aril éter carboxilados
Amidas de ácidos graxos Alquil aril sulfatos
Aminas de ácidos graxos Alquil aril éter sulfatos
Glucamidas Alquil etoxilados
Lecitinas Alquil sulfonatos Derivados de preteínas Alquil fenol etoxilados
Saponinas Aminoóxidos Sortibol e ésteres de sorbitan Betainas Ésteres de sacarose Co-polímeros de óxido de
etil/propileno Sulfatos de álcoois graxos naturais
Ácidos graxos etoxilados
Fonte: (NITSCKHE E PASTORE, 2002)
Na escolha do melhor surfactante, alguns fatores devem ser levados em
consideração, sendo analisados com muita atenção determinadas características,
para se obter sucesso no processo de biorremediação. Em tal escolha os fatores
mais importantes a serem considerados são: baixo custo, propriedades físico-
químicas da área a ser tratada, rendimento na remoção do contaminante,
toxicidade para os seres vivos, e o fator mais importante que é sua capacidade de
biodegradação (MULLIGAN, YOUNG e GIBBS, 2001 apud CORDEIRO, 2006).
3.2.1 - Tensoativos Sintéticos
Os surfactantes sintéticos são produzidos por meio de processos artificiais,
sendo sua produção, na grande maioria, a partir de derivados do petróleo, e
podem ser utilizados em variados setores industriais. Suas estruturas, igualmente
como a dos tensoativos biológicos necessitam de uma especial atenção para
permitir a melhor escolha diante de cada situação em particular (ROCHA, 1999
apud CORDEIRO, 2006).
A classificação de certos tipos de surfactantes (quadro 2), leva em
consideração seu tipo de agrupamentos polares (MANIASSO, 2001 apud
CORDEIRO, 2006).
Quadro 2 - Classificação de alguns surfactantes pelos tipos de grupamentos
polares
Tipo Surfactante Sintético Fórmula
CATIÔNICOS Brometo de cetiltrimetil amônico(CTAB)
CH3(CH2)15N+(CH3)3Br-
Brometo de dodeciltrimetil amônico(DTAB)
CH3(CH2)11N+(CH3)3Br-
Cloreto de cetilpiridino (CICP)
ANIÔNICOS Dodecil sulfato sódico (SDS)
CH3(CH2)11SO4-Na+
Bis(2-etilhexil) sulfosuccinato sódico (Aerosol OT)
[CH3(CH2)3CH(C2H5)CH2OCO]2CHSO3-Na+
Dihexadecil fosfato (DHF)
[CH3(CH2)15O]2PO- 2
NÃO IÔNICOS
Polioxietileno (9-10) p-tercotil fenol (Triton X-100)
(CH3)3C(CH2)C(CH3)2 (Ar) (OCH2CH2)23OH
Tipo Surfactante Sintético Fórmula Polioxietileno (23)
dodecanol (brij 35) CH3(CH2)11(OCH2CH2)23OH
ANFÓTEROS 3-(dodecildimetil amônio) propano 1-sulfato (SB-12)
CH3(CH2)11N+(CH3)2(CH2)3OSO3-
4-(dodecildimetil amônio) butirato(DAB)
CH3(CH2)11N+(CH3)2(CH2)3COO-
Fonte: (MANIASSO, 2001 apud CORDEIRO, 2006)
De fato a utilização de surfactantes sintéticos com o objetivo de tratar solos
contaminados auxilia no restabelecimento do ambiente por apresentarem
características que facilitam o ataque da microbiota a compostos altamente
recalcitrantes, No entanto, esses surfactantes sintéticos na sua maioria
apresentam características tóxicas que se acumulam no ecossistema,
acarretando variados problemas para o meio ambiente (CUNHA et al., 2004,
DESAI e BANAT,1997 apud CORDEIRO 2006).
3.2.2- Tensoativos Biológicos
Os biossurfactantes são compostos que tem sua origem no metabolismo
de microorganismos (KOSARIC e CAIRNS, 1987 apud GABIATTI JR et al.).
Os biossurfactantes têm a característica peculiar de emulsificar misturas de
hidrocarbonetos em água, fato comprovado pelo aumento considerável da
degradação desses hidrocarbonetos na presença dos surfactantes biológicos,
tornando sua utilização no processo de biorremediação cada vez mais freqüente.
Esse processo é baseado na capacidade dos biossurfactantes de reduzirem a
tensão superficial por meio do remanejamento molecular, influenciando as
ligações de hidrogênio e as interações hidrofílicas-hidrofóbicas, acarretando em
um aumento na área superficial, proporcionando melhor disponibilidade e,
consequentemente, aumentando a biodegradação (CATIGLIONI et al., 2009).
Para Batista et al. apud Cordeiro (2006) as bactérias que degradam
hidrocarbonetos liberam biossurfactantes para o meio, tornando mais fácil a
assimilação desses hidrocarbonetos insolúveis.
Segundo Mulliga (2005), Wang (2005) apud Cordeiro (2006) os
biossurfactantes apresentam um amplo potencial nas indústrias petrolífera,
farmacêutica, alimentícia e no saneamento.
Os biossurfactantes são produzidos na sua grande maioria por bactérias e,
as pertencentes ao gênero Pseudomonas apresentam a característica de produzir
ramnolipídeos, que são glicolipídeos contendo ácidos graxos (NITSCHKE et al,
2005 apud COSTA et al, 2008).
Uma grande expectativa cerca as bactérias do gênero Pseudomonas, que
são microorganismos que produzem biotensoativos com características físico-
químicas e biológicas distintas, tornando-as muito promissoras no setor industrial.
Além do mais, esses compostos foram obtidos em concentrações superiores em
relação a outros biossurfactantes. Fato que favorece a sua utilização. As
Pseudomonas, após ensaio, demonstraram aptidão para sintetizar ramnolipídios,
tendo como substratos alternativos os resíduos de óleos e gorduras, dos quais a
borra e o óleo de soja são destaques como fontes de carbono para processo
alternativo, visando síntese de biosurfactantes (COSTA et al., 2008).
Grande parte dos trabalhos de síntese de biossurfactantes dá ênfase às
bactérias. No entanto, os fungos que são organismos uni ou pluricelulares, também
demonstram certa capacidade para produção desse metabólito. Os fungos são
encontrados em praticamente todas as regiões do planeta e desempenham um
papel importante na manutenção do equilíbrio dos ecossistemas. O fungo
Penicillium corylophilum tem demonstrado capacidade para a produção dessas
moléculas anfipáticas, atingindo valores de aproximadamente 35 mN/m (REICHE e
LEMOS, 2005).
Os biossurfactantes podem ser classificados pela sua composição química,
pelo seu peso molecular e por sua origem microbiana (DESAI e BANAT, 1997
apud CORDEIRO, 2006). Levando em consideração sua origem microbiológica,
os biossurfactantes podem ser classificados conforme quadro 3.
Quadro 3 - Principais classes de biosurfactantes e microorganismos
envolvidos
Tipo de biosurfactante Microorganismo Glicolipídios - ramnolipídios Pseudomonas aeroginosa - soforolipídios Torulopsis bombicola T.apícola - trehalolipídios Rhodococccus erythropolis. Mycobacterium sp. Lipopeptídios e lipoproteínas - Peptídio-lipídio Bacillus licheniformis - Viscosina Pseudomonas fluorescens - Serravetina Serratia marcescens - Subtilisina Bacillus subtilis - Surfactina Bacillus subtilis - Gramicidina Bacillus Brevis - Polimixina Bacillus polymyxa
Ácidos graxos, lipídios neutros e fosfolipídieos
- Ácidos graxos Corynebacterium lepus - Lipídios neutros Nocardia erythoropolis - Fosfolipídios Thiobacillus thiooxidans Surfactantes poliméricos - Emulsão Acinetobacter calcoaceticus - Biodispersão Acinetobacter calcoaceticus - Liposan Candida lipolytica - Carboidrato-lipídio-proteína Pseudomonas fluorescens - Manana-lipídio-proteína Candida tropicalis Surfactantes particulados - Vesículas Acinetobacter calcoaceticus - Células Várias bactérias
Fonte: NITSCHKT et al, 2002
De acordo com Santos e Millioli (2003):
Os microrganismos são capazes de consumir tanto os
hidrocarbonetos de petróleo quanto os biossurfactantes,
utilizando-os como fonte de carbono e de energia. Sendo
assim, a geração de CO2 nos ensaios de biodegradação
seria tanto originado do biossurfactante quanto dos
hidrocarbonetos presentes no solo contaminado.
Os biossurfactantes também são classificados tendo em vista sua
composição química. Abaixo estão descritas as principais classes constituídas por
glicolipídeos, lipopeptídeos e lipoproteínas, fosfolipídios e ácidos graxos,
surfactantes poliméricos e surfactantes particulados.
1-Glicolipídios - Estes tipos de biossurfactantes são os mais conhecidos e estão
envolvidos no processo de transformação de hidrocarbonetos com baixa
polaridade. São carboidratos ligados a uma longa cadeia de ácidos alifáticos ou
hidroxi-alifáticos. Dentre os principais glicolípidios e mais estudados destacam-se:
raminolipídios, trealolipídios e soforolipídios (RON e ROSENBERG, 2001; DESAI
e BANAT, 1997 apud Cordeiro, 2006).
2-Lipopeptídios e Lipoproteínas - englobam uma grande classe de
biossurfactantes, os lipopeptídios cíclicos, que se destacam pela sua ampla
atividade biológica como antibióticos: decapeptídeos (gramicidinas) e os
lipopeptídios (polimixinas), que apresentam atividade antiviral, e estimulam a
atividade dos macrófagos. A surfactina é um biossurfactante lipopeptídio eficiente,
que apresenta ótimos resultados na redução de tensão superficial. Esses agentes
tensoativos biológicos são produzidos respectivamente pelos microrganismos
Bacillus brevis, B. polymyxa e B. subtilis (MORIKAWA, HIRATA e INAKA, 2000;
DESAI e BANAT, 1997 apud Cordeiro, 2006).
3 - Ácidos graxos, Fosfolipídios e Lipídeos neutros - classe composta por grande
quantidade de fosfolipídios e ácidos graxos produzidos por bactérias e fungos,
que utilizam hidrocarbonetos do tipo n-alcanos como fonte de carbono durante a
fase de crescimento (GARTI, 1999 apud Cordeiro, 2006). A produção desses
biossurfactantes é de grande interesse do ponto de vista científico, pois,
apresenta uma capacidade expressiva para formar microemulsões tendo sido
detectada em microrganismos como Aspergillus sp. e Thiobacillus thiooxidans
(DESAI e BANAT, 1997 apud Cordeiro, 2006),
4 - Poliméricos - são produtos constituídos por variados grupos químicos, como
por exemplo, o emulsan, no qual ácidos graxos estão ligados a um esqueleto de
heteropolissacarídeos, ou liposan, constituído por carboidratos e proteínas
(DESAI e BANAT, 1997; CIRIGLIANO e CARMAN, 1984; ROSENBERG et al.,
1979 apud Cordeiro, 2006). Esses biossurfactantes são muito estudados pela sua
grande capacidade emulsificante (ROCHA, 1999 apud Cordeiro, 2006);
5 – Particulados - Estruturas morfológicas de alguns microrganismos como as
vesículas da membrana extracelular de Acinetobacter sp desempenham uma
ótima função na partição dos hidrocarbonetos com a formação de microemulsões,
e assim, facilitam a sua entrada nas células microbianas. A grande vantagem das
vesículas das membranas desses microrganismos é a presença de maiores
porcentagens de fosfolipídios, proteínas e lipossacarídeos quando comparado
com a membrana extracelular (DESAI e BANAT, 1997).
De acordo com (NITSCHKE E PATORE, 2002):
Algumas células microbianas apresentam elevada hidrofobicidade superficial, sendo consideradas por si só como biossurfactantes, como por exemplo, microorganismos degradadores de hidrocarbonetos, dentre eles algumas espécies de Cyanobacteria e alguns patógenos como S. aureus e Serratia sp. Bactérias como Acinetobacter sp. produzem vesículas extracelulares que tem função importante na captação de alcanos para a célula, possuindo elevada atividade surfactante.
Segundo Sanin e Bryers (2003); Morikawa, Hirata e Inaka (2000) apud Cordeiro (2006) a razão que estimula os microrganismos na produção dos biossurfactantes não é conhecida. No entanto, suspeita-se que os biossurfactantes atuam como antibióticos protegendo as células bacterianas do ataque de outros microrganismos, ou funcionando como um mecanismo de adaptação em resposta à deficiência de nutrientes em determinado ambiente.
3.2.3 - Vantagens do uso dos surfactantes naturais sobre os sintéticos
A principal vantagem dos tensoativos produzidos biologicamente em
relação aos sintéticos é que os primeiros não apresentam efeitos danosos ao
ambiente e não são tóxicos aos microorganismos. (NITSCHKE E PATORE,
2002). No entanto, outros fatores podem ser levados em consideração para
corroborar a vantagem dos biosurfactantes.
Os biossurfactantes apresentam algumas características que conferem
certa vantagem sobre os sintéticos, entre elas temos:
Atividade superficial e interfacial: são mais eficientes que os surfactantes sintéticos
visto que reduzem a tensão superficial, empregando menores concentrações;
Tolerância à temperatura, pH e força iônica: estabilidade térmica e de pH é uma
característica apresentada por alguns biossurfactantes, levando-os a serem
aplicados em ambientes rigorosos;
Biodegradabilidade: exibe fácil degradação em água e no solo, retificando sua
utilidade no processo de biorremediação e tratamento de resíduos;
Baixa toxicidade: sua baixa toxicidade concede sua utilização em alimentos,
cosméticos e produtos farmacêuticos, fato de suma importância tendo em vista os
efeitos alérgicos causados pelos produtos sintéticos;
Substratos renováveis: temos o proveito de serem sintetizados a partir de substratos
renováveis, além de apresentarem vasta diversidade química, o que os leva a
serem aplicados com a especificidade que cada caso em particular exige.
Não são derivados do petróleo: face à desvinculação do petróleo o custo da
produção dos biossurfactantes não corre o risco de sofrer com os constantes
aumentos do petróleo (NITSCHKE E PATORE,2002).
Embora apresentem as vantagens citadas, os biossurfactantes não são
amplamente utilizados pelas indústrias devido ao alto custo na sua produção,
baixa produtividade e a exigência de substratos caros.
3.2.4 - Solução para superar o alto custo dos subst ratos
De acordo com Martins (2008) para a produção de surfactantes são
empregados substratos de alto custo. Contudo poderiam ser utilizados resíduos
oleosos de indústrias de alimentos, assim como outros resíduos, visando a
economicidade do processo.
Para efetivar a redução de custos, têm sido empregados resíduos
agroindustriais ou de indústrias alimentícias, tendo em vista a sua composição
química referente a altos níveis de carboidratos ou de lipídios, essenciais para a
biossíntese de biossurfactantes (BANAT et al., 2000 apud Costa et al. ,2008).
A utilização de resíduos favorece a diminuição da poluição do ambiente,
além de valorizar economicamente tais produtos como são as borras oleosas,
óleos previamente empregados, melaço de cana, resíduos do processamento de
queijo, batata e mandioca, tornando menos oneroso o processo (ABALOS et al.,
2001; COSTA et al., 2006; HABA et al., 2000; NITSCHKE et al., 2005; COSTA,
2007; VAN HAMME; SINGH; WARD, 2006 apud COSTA et AL , 2008).
Para Castiglioni (2009):
As modificações das condições fisiológicas e da composição
do meio de cultivo são algumas alternativas que vêm sendo
estudadas para o aumento da produtividade dos
biossurfactantes. A produção de biossurfactante dispensa o
uso de substratos de alto custo, podendo ser utilizados
resíduos agroindustriais, o que economicamente viabiliza o
processo, uma vez que o meio de cultivo representa
aproximadamente 50% do custo final do produto.
4 - CONCLUSÃO
A biorremediação é um processo adequado para reverter os danos
causados ao ambiente por derramamentos acidentais de petróleo e, o uso de
surfactantes proporciona maior eficácia a tal processo. Além disso, o uso dos
tensoativos biológicos apresenta variadas vantagens quando comparados aos
surfactantes sintéticos. A utilização dos tensoativos biológicos ainda é pequena
quando comparada à dos sintéticos, tendo em vista o alto custo para sua síntese,
mediante a utilização de substratos dispendiosos. No entanto, tem-se observado
o aumento da utilização de substratos alternativos para síntese dessas moléculas
anfipáticas produzidas por microorganismos que possibilitam a diminuição do
custo de produção e, consequentemente, despertam maior interesse; fato esse
que vem gerando o crescimento da utilização desse tipo de molécula. Com o
aumento de trabalhos científicos, que visam conhecer cada vez mais substratos
alternativos de menor custo para a síntese dos biossurfactantes, espera-se um
aumento considerável na utilização dessas moléculas em processos de
biorremediação.
5-Referências Bibliográficas
BARROS, Claudia Affonso; LEMOS, Judith Liliana Solórzano Lemos. Estudo da degradação de petróleo em solo areno-argiloso com b ioaumento fúngico utilizando casca de coco como material estruturante . XIV Jornada de Iniciação Científica, Rio de Janeiro. 2006. BARROS, Francisco Fábio Cavalcante et al. Sulfarctina: propriedades químicas, tecnológicas e funcionais para a aplicações em alim entos . Química Nova, São Paulo, v. 30, n. 2, mar./abr. 2007. BARROS, M. L. Arma contra a poluição: Mamona, girassol e lixo neutralizam dano de vazamento de óleo . O Dia On line, Rio de Janeiro, 02 ago. 2008. Disponível em: < http://odia.terra.com.br/rio/htm/arma_contra_a_poluicao_189736.asp >. Acesso em: 20 jan. 2009. CASTILIONE, Gabriel Luis; BERTOLIN, Telma Elita; COSTA, Jorge Alberto Vieira. Produção de biossurfactantes por Arpergillus fumigatus utilizando resíduos agroindustriais como substrato . Química Nova, São Paulo, v. 32, n. 2, 2009. CORDEIRO, Cristiane Martins Monteiro. Caracterização de biosurfactante produzido pela cepa Serratia sp. obtido a partir de diferentes condições de meio de cultivo visando sua aplicação na redução de tensão superficial e captação de metais pesados. 2006. 104 f. Dissertação (Mestrado em Ciências)- Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos. Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2006. COSTA, Siddartha Georges Valadares Almeida de; NITSCHKE, Márcia; CONTIEIRO, Jonas. Produção de biotensoativos a partir de resíduos de óleos e gorduras . Ciên. e Tecnol. Aliment., Campinas, v. 28, n. 1, jan./mar. 2008. CÚLEO, Roberto Grillo. Química : petróleo. Disponível em: < http://www.algosobre.com.br/quimica/petroleo.html>. Acesso: 02 out. 2008. ENTREVISTA da semana. Revista Época , São Paulo, n. 518, 19 abr. 2008. GABIATTI JR., Cláudio et al. Seleção de fungos para a produção de biossurfactante através da utilização da velocidade de crescimento radial . Disponível em: <
http://www.enq.ufsc.br/eventos/sinaferm/trabalhos_completos/t225.doc.> . Acesso em: 03 mar. 2009. GAYLARDE, Christini Claire; BELLINASO, Maria de Lourdes; MANFIO, Gilson Paulo. Biorremediação: aspectos biológicos e técnicos da b iorremediação de xenobióticos. Biotecnologia Ciência e Desenvolvimento, v. 34, jan./jun. 2005. GRIJÓ, Paulo Eduardo Antunes. Alternativas de recuperação dos resíduos sólidos gerados na produção de pranchas de surfe . 2004 138 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Universidade Federal de Santa Catarina, 2004. JACQUES, R. J. S. Biorremediação de solos contaminados com hidrocarbonetos aromáticos policíclicos . Ciênc. Rural, Santa Maria, v. 37, n. 4, jul./ago. 2007. Disponível em: < http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-84782007000400049&lng=pt&nrm=iso>. Acesso em: 19 jan. 2009. MARTINS, Vilasia Guimarães; KALIL, Suzana Juliano; COSTA, Jorge Alberto Vieira. Co-produção de lípases e biossurfactantes em estado sólido para utilização em biorremediação de óleos vegetais e hi drocarbonetos . Química Nova, São Paulo, v. 31, n. 8, p. 1942-1947, 2008. NETZ, Paulo, ORTEGA, George González. Fenômeno de interface. In:____. Fundamentos da físico-química : uma abordagem conceitual para as ciências farmacêuticas .São Paulo: Artimed, 2002. p. 246-248. NITSCHKE, Márcia, PASTORE, Gláucia Maria. Biossurfactantes: propriedades e aplicações . Química Nova, São Paulo, v. 25, n. 5, set./out. 2002. OLIVEIRA, Sabrina Dias de et al. Empregos de fungos filamentosos na biorremediação de solos contaminados por petróleo : estado da arte . Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2008. 67 p. (Série tecnologia ambiental, 45). PASSOS, Cátia Tavares dos. Estudo da biodegradação do fenol por uma nova linhagem de Aspergilus sp. 2006. 84 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Alimentos)- Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos. Fundação Universidade Federal do Rio Grande, 2006. PELLEGRINI, Carlos Henrique:Terra e Oceano – Fonte da vida . Revista da Faculdade de Ciências Econômicas e de Administração de Empresas Padre Anchieta, São Paulo, ano III, n. 5, set./out. 2002.
PENTEADO, José Carlos P; EL SEOUD, Omar A; CARVALHO, Lílian R. F. Alquibenzeno sulfonato linear: uma abordagem ambien tal e analítica . Química Nova, São Paulo, v. 29, n. 5, set./out. 2006. PETROBRÁS . Disponível em: <
petrobrasri.infoinvest.com.br/modulos/doc.asp?arquivo=00951010.WAN&doc=ian
460.doc&language=PTB>. Acesso em: 30 dez. 2008.
REICHE, A.P.; LEMOS, J.L.S. Produção de Tensoativos Biológicos (CT2005-157-00). In: XIII JORNADA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DO CENTRO DE TECNOLOGIA MINERAL- CETEM, 2005, Rio de Janeiro. Anais... , Rio de Janeiro, 2005. SANTOS, Letícia Cotia dos; MILLIOLI, Valéria Souza. Avaliação da potencialidade do uso de biossurfactantes na biorremediação de solo contaminado por hidrocarbonetos de petróleo.. In: XIII JORNADA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DO CENTRO DE TECNOLOGIA MINERAL- CETEM, 2003. Anais... , Rio de Janeiro, 2003. SEÇÕES on line. Perguntas e respostas. Veja, set. 2008. Disponível em: < http://veja.abril.com.br/idade/exclusivo/perguntas_respostas/pre-sal/index.shtml>. Acesso em: 05 maio 2009. VICENTINO, Cláudio. História Geral. 4. ed. , atual. e ampl. São Paulo: Scipione, 1997.