UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA Determinação de nitrogênio total e teor de proteína total presente em macrófitas aquáticas da espécie Eichhornia crassipes no Rio Apodi/Mossoró: Variabilidade temporal. Daniel Freitas Freire Martins 1 ; Alriberto Germano da Silva 2 ; Maria de Fátima Vitória de Moura 3 ; Luiz Di Souza Licenciado em Química UERN e mestrando em Química UFRN; 2- Graduando em Química UERN; 3- Professora do Dep. de Química da UFRN e Dr a. em Química Analítica pela USP 4- Professor Adjunto IV da UERN, Eng. Químico Pela FAENQUIL, Mestre e Doutor em Ciência e Eng. de Materiais polímeros pela UFSCAR. 1- Introdução A ação antropogênica é uma das principais causadoras de danos ambientais, acarretando no comprometimento de diversos ecossistemas. A água, bem natural indispensável à sobrevivência, vem sendo cada vez mais, alvo destas ações e, ao mesmo tempo, de pesquisas realizadas por diversos estudiosos da área. Há algum tempo vem se tentando desenvolver métodos cada vez mais eficazes de despoluição de ambientes aquáticos. Por necessitarem de altas concentrações de nutrientes para seu desenvolvimento, macrófitas aquáticas são utilizadas na recuperação de rios e lagos poluídos. Elas são amplamente estudadas por serem causadoras de vários problemas e, paralelamente, por contribuírem de forma benéfica para a despoluição destes ambientes. As macrófitas aquáticas da espécie Eichhornia crassipes, utilizadas neste trabalho, são plantas aquáticas flutuantes da família pontederiaceae bastante comuns em regiões de clima tropical. Elas possuem alta velocidade de crescimento e reproduzemse principalmente por estolões, caule que cresce lateralmente. A utilização destas plantas de forma incorreta, em ambientes muito contaminados, pode trazer diversos prejuízos como aos usos múltiplos de rios, lagos e represas, dificultando a navegação e a captação de água, prejudicando a geração de energia elétrica e comprometendo as atividades de lazer. No entanto, elas possuem alta capacidade de absorção de nutrientes e, por isso, são bastante utilizadas no tratamento de rios e lagos contaminados, efluentes provenientes de indústrias têxteis, carcinicultura e diversos outros materiais poluentes.

2 Além disso, o tratamento de ambientes aquáticos poluídos por meio de macrófitas aquáticas apresenta baixo custo e deixa-nos a possibilidade de reciclagem da biomassa produzida que pode ser utilizada como ração animal, fertilizante, geração de energia (biogás ou queima direta), fabricação de papel, extração de proteínas para uso em rações, produção de concentrado protéico para alimentação humana, etc. Portanto, o objetivo deste trabalho é determinar a quantidade de nitrogênio total e teor de proteína presentes em macrófitas aquáticas da espécie Eichhornia crassipes relacionando os valores obtidos com a variabilidade temporal. O conhecimento dos valores destas variáveis torna-se ainda mais importante quando se leva em conta questões sociais. O rio Apodi/Mossoró corta uma região em que a população sofre bastante com a seca. Sendo assim, as macrófitas aquáticas poderiam ser utilizadas para a alimentação de seus animais e até mesmo para a alimentação humana, tendo em vista a possibilidade de se produzir um concentrado protéico a partir desta planta. 2- Metodologia 2.1- Materiais e Reagentes Estufa com circulação forçada de ar, medidor de área foliar de bancada LI-COR 3100 AREA METER, balança analítica Tecnal Mark 210A, bloco digestor Tecnal TE- 040/25, destilador de nitrogênio Tecnal TE 0363, liquidificador, sacos de papel, papel manteiga, béqueres de 50 ml, erlenmeyer de 250 ml, bastão de vidro, espátula, tubo digestor de 100 ml, pisseta, pipetas de 10 ml, balão volumétrico de 1000 ml, bureta de 50 ml, pipeta volumétrica de 25 ml, pêra de sucção, ácido sulfúrico P.A., peróxido de hidrogênio P.A., mistura de sais sulfato de potássio + sulfato de cobre (10:1), solução de hidróxido de sódio 40%, solução de ácido clorídrico 0,105 M, solução de ácido bórico 2%, mistura de azul de metileno 0,2% e vermelho de metila 0,2% Procedimento Experimental Colheita das amostras, medida da área foliar média e massa foliar úmida média de uma planta: Foram realizadas 4 colheitas a cada 2 meses em dois diferentes pontos localizados no trecho do rio Apodi/Mossoró que corta a cidade de Mossoró (próximo a Honda Ponto 1 - Canal, e próximo a barragem do Geo Ponto 2 Leito principal) com início em agosto de 2008 e término em fevereiro de Com o propósito de se fazer um trabalho estatístico, coletou-se aleatoriamente 32 plantas de cada ponto. Após a colheita, as amostras foram armazenadas em sacos plásticos com um pouco de água dos próprios locais e levadas ao laboratório de físico-química da UERN onde foram separadas as folhas (limbo + pecíolo) das raízes, ambas lavadas com água da torneia e enxaguadas exaustivamente com água destilada. Em seguida, apenas o limbo foi levado ao laboratório de irrigação e drenagem da UFERSA para a medição da

3 área foliar média de uma planta (consideramos área foliar como sendo apenas a área do limbo). O limbo úmido foi pesado em balança analítica a fim de se obter a massa foliar úmida média de uma planta. Desidratação das amostras e medida da massa foliar seca média de uma planta: As folhas e raízes úmidas foram colocadas em sacos de papel e secas em estufa com circulação de ar forçado a 60 C até peso constante (aproximadamente 6 dias). Após a desidratação as amostras foram pesadas para a obtenção da massa foliar seca. Preparação das amostras: Depois de secas, as folhas e raízes foram trituradas em liquidificador e armazenadas em frascos de plástico para posterior análise. Digestão das amostras: Digestão H 2 SO 4 + H 2 O 2 (Kjeldahl). a. Transferiu-se aproximadamente 0,1 ou 0,5 g de amostra (dependendo da quantidade de amostra disponível) para um tubo digestor e adicionou-se 1g da mistura de sais sulfato de potássio + sulfato de cobre (10:1), 3 ml de H 2 SO 4 98% e 1 ml de H 2 O 2 30%; b. Colocou-se no bloco digestor, aqueceu-se lentamente até 350 C e manteve-se até a obtenção de um líquido viscoso, esverdeado; c. Esfriou-se e levou-se para o destilador de nitrogênio para a determinação de nitrogênio total. Obs.: Todo o processo foi realizado em triplicata. Determinação de nitrogênio total e teor de proteína: a. Conectou-se o tubo digestor no destilador de nitrogênio; b. Conectou-se um erlenmeyer de 250 ml contendo 25 ml de H 3 BO 3 2% e 3 gotas da mistura de indicador na ponta do destilador e adicionou-se 10 ml de NaOH 40% no digerido; c. Abriu-se a torneira do vapor de água e destilou-se até completar 45 ml de solução. A coloração da solução de ácido bórico passa de azul para verde; d. Titulou-se com solução de HCl 0,105 mol/l. O ponto final da titulação é a coloração inicial de cor azul; e. Anotou-se o volume e calculou-se a concentração de nitrogênio total em g/100g utilizando a seguinte fórmula: N total = V HCl x C HCl x MM N x 100 / m amostra, onde V HCl = Volume gasto de HCl na titulação em litros. C HCl = Concentração do HCl em mol/l. MM N = Massa molar do nitrogênio em g/mol. m amostra = Massa utilizada da amostra em gramas.

4 O teor de proteína total foi determinado a partir do produto do valor de nitrogênio total por uma constante com valor igual a 6,25. Tratamento estatístico: Para o tratamento estatístico dividiu-se as 32 plantas em 8 grupos (tratamentos) de quatro plantas cada, tanto para a medida de área foliar, como para massa foliar úmida e seca. Foi feito a análise de variância(anova) e o teste de Tuckey utilizando o programa ASSISTAT Versão 7.5 beta (2008) com o objetivo de identificar se as medidas de área foliar, massa foliar úmida, massa foliar seca, nitrogênio total e proteína total, nas diferentes épocas, diferem uma das outras. 3- Resultados e discussões De acordo com os resultados obtidos (Ver tabelas 1 e 2) pode-se constatar que a partir da primeira coleta, realizada em agosto de 2008, os valores de área foliar, massa foliar úmida e massa foliar seca aumentam com o tempo de crescimento mantendo-se constante na quarta coleta em ambos os pontos. Tabela 1: Médias e desvios padrões das medidas realizadas em 4 épocas diferentes (Ponto 1). Local Ponto 1 Período Agosto/08 Outubro/08 Dezembro/08 Fevereiro/09 CV% Área Foliar média de uma planta (cm 2 ) Massa foliar úmida média de uma planta (g) média de uma planta (g) N total (folha) Proteína (folha) N total (raiz) Proteína (raiz) 0, 0 1 0, 0 6 0, 0 2 2, 1 4 x ,09 (a) 58,67 (b) 104,60 (c) 125,55 (c) 19,75 0,59 (a) 1,55 (b) 2,93 (c) 3,27 (c) 16,24 0,08 (a) 0,21 (b) 0,43 (c) 0,42 (c) 15,97 3,30 ± (a) 2,62 ± (b) 2,16 ± (c) 2,04 ± (c) 1,56 20,62 ± (a) 16,37 ± (b) 13,48 ± (c) 13,46 ± (c) 1,58 1,93 ± (a) 1,98 ± (a) 1,67 ± (b) 1,52 ± (c) 0,94 12,06 ± (a) 12,36 ± (a) 10,42 ± (b) 9,53 ± (c) 0,94

5 OBS.: As médias seguidas pela mesma letra não diferem estatisticamente entre si. Foi aplicado o Teste de Tukey ao nível de 5% de probabilidade. Tabela 2: Médias e desvios padrões das medidas realizadas em 4 épocas diferentes (Ponto 2). Local Ponto 2 Período Agosto/08 Outubro/08 Dezembro/08 Fevereiro/09 CV% Área Foliar média de uma planta (cm 2 ) Massa foliar úmida média de uma planta (g) média de uma planta (g) N total (folha) Proteína (follha) 0, 0 7 0, 0 1 0, 0 5 0, ,17 (a) 67,21 (b) 88,59 (c) 100,29 (c) 13,15 0,66 (a) 2,00 (b) 2,65 (c) 3,09 (c) 19,07 0,09 (a) 0,27 (b) 0,44 (c) 0,50 (c) 20,05 4,41 ± (a) 3,16 ± (b) 2,12 ± (c) 1,52 ± (d) 1,34 27,56 ± (a) 19,78 ± (b) 13,28 ± (c) 9,54 ± (d) 1,34 N total (raiz) 2, 0 3 ± 0, 0 1 (a) 1, 8 5 ± 0, 0 2 (b) 1, 9 8 ± 0, 0 4 (a) 1, 4 6 ± 0, 0 2 (c) 1, 3 8 Proteína (raiz) 1 2, 6 9 ± 0, 0 8 (a) 1 1, 5 8 ± 0, 1 0 (b) 1 2, 3 5 ± 0, 2 3 (a) 9, 1 2 ± 0, 1 5 (c) 1, 3 8 OBS.: As médias seguidas pela mesma letra não diferem estatisticamente entre si. Foi aplicado o Teste de Tukey ao nível de 5% de probabilidade. Quanto aos valores de nitrogênio total presentes na folha (limbo + pecíolo) da Eichhornia crassipes presentes nos pontos 1 e 2 pode-se observar o comportamento inverso ao apresentado acima onde, com o aumento do tamanho da planta, massa foliar úmida e seca, a quantidade desse nutriente diminui no sentido da primeira para a quarta colheita ou diminui e mantêm-se constante na quarta colheita (Ver Gráficos de 1 a 6).

6 Gráfico 1: Teor de Nitrogênio Total x Área foliar em função do tempo (P1). Gráfico 2: Teor de Nitrogênio Total x Área foliar em função do tempo (P2). Gráfico 1: Teor de Nitrogênio Total x Massa foliar úmida em função do tempo (P1). Gráfico 2: Teor de Nitrogênio Total x Massa foliar úmida em função do tempo (P2). Gráfico 1: Teor de Nitrogênio Total x Massa foliar seca em função do tempo (P1). Gráfico 2: Teor de Nitrogênio Total x Massa foliar seca em função do tempo (P2).

7 Ao se observar a estrutura física da Eichhornia crassipes percebe-se claramente que as folhas se desenvolvem bem mais que as raízes. Sendo assim, a razão entre tamanho das folhas e tamanho das raízes aumenta com o crescimento da planta, ou seja, a concentração de nitrogênio total presente em folhas de plantas maiores tende a ser menor que em folhas de plantas menores. Isto ocorre provavelmente porque a diferença de tamanho das raízes nas diferentes épocas, torna-se insignificante, quando comparado com a diferença de tamanho das folhas. Como as plantas tendem a aumentar de tamanho, elas acabam necessitando de uma quantidade maior de nutrientes fazendo com que as quantidades dos mesmos nas raízes diminuam com o crescimento da planta. A partir destas observações, entende-se o porquê de nas raízes das plantas, nos dois pontos, as concentrações de nitrogênio total diminuem, mas mantêm-se bem mais próximas umas das outras quando comparados com os valores presentes nas folhas. A única exceção ocorre para o ponto 2 no mês de dezembro de 2008, onde há um aumento significativo da quantidade de nitrogênio total nas raízes quando comparada com a colheita anterior. Isto se deve, provavelmente, ao aumento da concentração deste nutriente na própria água, causado pela diminuição do volume desta, tendo em vista que neste local o volume de água é consideravelmente grande em períodos chuvosos. Como o mês de dezembro caracteriza-se como um período seco, esta deve, provavelmente, ser a causa desse comportamento adverso. Observando-se os gráficos de 1 a 6, pode-se ainda destacar um outro comportamento. A diminuição da quantidade de nitrogênio total nas folhas no ponto 2 é mais acentuada do que no ponto1. Isso ocorre, provavelmente, devido ao fato de no ponto 1 a quantidade de água ser praticamente constante o ano inteiro, enquanto que, no ponto 2, por ser o leito principal, tem constantemente o volume de água e o fluxo de água limpa modificado com maior freqüência. Podemos ainda destacar que, como pode-se observar nas tabelas 3 e 4, das 4 épocas, a primeira é a que apresenta, tanto para a folha como para a raiz, nos dois pontos, as maiores razões entre teor de nitrogênio total e massa foliar seca. Sendo assim, de acordo com os dados obtidos, as macrófitas aquáticas mais ricas em nitrogênio total e conseqüentemente proteína total são aquelas que apresentam menor tamanho.

8 Tabela 3: Razão entre nitrogênio total e massa foliar seca (Ponto 1). Local Ponto 1 Período Agosto/08 Outubro/08 Dezembro/08 Fevereiro/09 N total (folha) / N total (raiz) / 41,25 12,48 5,02 4,86 24,12 9,43 3,88 3,62 Tabela 4: Razão entre nitrogênio total e massa foliar seca (Ponto 2). Local Ponto 2 Período Agosto/08 Outubro/08 Dezembro/08 Fevereiro/09 N total (folha) / N total (raiz) / 49,00 11,70 4,82 3,04 22,56 6,85 4,50 2,92 A variável proteína total apresentou o mesmo comportamento dos valores de nitrogênio total, tendo em vista que os teores de proteína são obtidos pela multiplicação das quantidades de nitrogênio total por uma constante. No entanto, podemos utilizar estes dados para fazermos um comparativo do teor de proteína presente nessa espécie de macrófita aquática com a quantidade presente em alguns alimentos, podendo-se assim, propormos uma forma de aproveitamento da biomassa produzida em relação a esta variável. A quantidade de proteína em g/100g presente em alguns alimentos destinados ao consumo humano, de acordo com a tabela brasileira de composição de alimentos TACO, pode ser observada na tabela 3.

9 Tabela 3: Quantidade de proteína presente em alguns alimentos destinados ao consumo humano. Alimento Proteína Arroz, integral, cru 7,3 Farinha, de trigo 9,8 Mandioca, crua 1,1 Sardinha, inteira, crua 21,1 Carne, bovina, charque, cru 22,7 Frango, inteiro, com pele, cru 16,4 Leite, de cabra 3,1 Ovo, de galinha, inteiro, cru 13,0 Comparando-se os valores de proteína presentes nas amostras de Eichhornia crassipes com os apresentados na tabela 3 pode-se observar que a planta em questão apresenta níveis bem maiores ou próximos aos alimentos considerados ricos em proteína. Sendo assim, tomando como base apenas os valores de proteína obtidos na macrófita aquática, a mesma poderia ser utilizada para diversos fins, como por exemplo, na obtenção de um concentrado protéico destinado a alimentação humana. A grande disponibilidade de biomassa aliada a sua alta velocidade de crescimento tornaria esta uma alternativa viável de reaproveitamento da biomassa produzida. 4- Conclusões De acordo com os resultados obtidos pode-se concluir que: a. A área foliar, massa foliar úmida e massa foliar seca apresentaram o mesmo comportamento, aumentando no sentido que segue da 1ª para a 4ª coleta; b. Com o crescimento da planta os níveis de nitrogênio total e proteína total diminuem ou mantêm-se constantes na 4ª coleta; c. As plantas menores apresentaram valores maiores de nitrogênio total e proteína total, tornando-se mais indicadas para uso; d. Os valores de nitrogênio total e proteína total são bastante significativos, apresentando-se maiores ou próximos de valores encontrados em alimentos considerados ricos em proteína.

10 Sendo assim, o conhecimento dos valores destes parâmetros abordados torna-se de grande importância tendo em vista a necessidade da população de toda a região em fazer uso principalmente na alimentação de animais que em período de seca acabam morrendo por falta de alimentação adequada. Além disso, vale destacar que a população não teria custo algum com a produção tendo em vista que as plantas nascem naturalmente o ano todo em vários pontos do rio. 5- Referências Bibliográficas MAURO, J. B. N.; GUIMARÃES, J. R. D.; MELAMED, R.; Aguapé agrava contaminação por mercúrio; Ciência Hoje; Vol. 25; nº 150; Junho de MIYAZAWA, M.; PAVAN, M. A.; MURAOKA, T.; CARMO, C. A. F. S.; MELLO, W. J.; Manual de Análises Químicas de Solos, Plantas e Fertilizantes; Organizador: Fábio César da Silva; Embrapa. VALITUTTO, R. S.; Acumulação de Poluentes Inorgânicos por Macrófitas Aquáticas nos Reservatórios de Santana e Vigário, Barra do Piraí-RJ. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Química da Universidade Federal Fluminense; Niterói; DINARDI, A. L.; FORMAGI, V. M.; CONEGLIAN, C. M. R.; BRITO, N. N.; DRAGONI SOBRINHO, G.; TONSO, S.; PELEGRINI, R.; Fitorremediação; III Fórum de Estudos Contábeis 2003; São Paulo; Agradecimentos Ao CNPq pelo financiamento do projeto e pela bolsa de estudos; e aos professores orientadores, colaboradores e colegas de trabalho.