IA 364M MÉTODOS DE PESQUISA EM ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO
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1 IA 364M MÉTODOS DE PESQUISA EM ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA E COMPUTAÇÃO UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS ATIVIDADE 07 Daniela Diniz Ehrhahdt RA Prof. Dr. Ivan L.M. Ricarte Abril, 2014
2 TEMA: Produção de Biossurfactantes por Bacillus subtilis, com Duas Fontes de Carbono. 1 REVISÃO DE LITERATURA Surfactantes são agentes anfifílicos que, quando acumulados na superfície de interface entre duas fases imiscíveis, são capazes de reduzir a tensão superficial e interfacial (Ghodjavand, Vahabzadeh, Roayaei e Shahraki, 2008). Outra propriedade fundamental dos surfactantes é a tendência a formar agregados, as micelas, que, geralmente, se formam a baixas concentrações de água. A concentração mínima na qual se inicia a formação das micelas é denominada de Concentração Micelar Crítica (CMC), sendo uma importante característica dos surfactantes (Barros, Quadros, Móstica e Pastore, 2007). A CMC depende da estrutura do tensoativo (tamanho da cadeia do hidrocarboneto) e das condições experimentais (força iônica, contra-íons, temperatura etc), e as discussões sobre sua formação, funções e relações com aplicações industriais é de extrema importância (Behring, 2004). A propriedade de redução das tensões superficial e interfacial fazem os surfactantes serem adequados para uma ampla gama de aplicações industriais, envolvendo: detergência, emulsificação, lubrificação, capacidade espumante, capacidade molhante, solubilização e dispersão de fases (Nitschke e Pastore, 2002). Os tensoativos quando em solução, devido à presença do grupo lipofílico, ocupam preferencialmente a superfície do líquido, diminuindo a força de coesão entre as moléculas do solvente e, consequentemente, diminuindo a tensão superficial (Behring, 2004). Assim como os surfactantes, os biossurfactantes são compostos formados por moléculas com porções hidrofóbicas e hidrofílicas que, através de seu acúmulo nas interfaces entre fases fluidas com diferentes graus de polaridade (água/óleo, óleo/água), reduzem as tensões superficiais e interfaciais, aumentando a área superficial de compostos insolúveis, permitindo o aumento da mobilidade, biodisponibilidade e subsequente biodegradação. (Banat, 2000). Diferentemente dos surfactantes sintéticos, os biossurfactantes são compostos de origem natural, produzidos por bactérias, fungos ou leveduras. Os primeiros relatos envolvendo a utilização de biossurfactantes datam de 1949, quando Jarvis e Johnson detectaram as atividades antibiótica e hemolítica de um ramnolipídeo, e de 1968, quando Arima descobririu a existência de um novo composto biologicamente ativo produzido por Bacillus subtilis, o qual foi denominado surfactina, devido à sua grande atividade superficial, tendo, posteriormente, sua estrutura elucidada. Mais tarde, foi registrada a produção de biossurfactante em meios hidrofóbicos, o que levou a estudos de sua aplicação em tratamento de resíduos de petróleo, recuperação de petróleo, biorremediação e dispersão no derramamento de óleos (Barros, Quadros, Móstica e Pastore, 2007). Ainda segundo Barros, Quadros, Móstica e Pastore (2007), a indústria petrolífera era o grande mercado para biossurfactantes até a década de 90, porém a diversidade química destas moléculas fornece
3 uma ampla variedade de compostos com propriedades específicas, que permitem aplicações comerciais em diversos setores industriais. Nas últimas décadas, os biossurfactantes ganharam maior atenção por apresentarem algumas vantagens em relação aos surfactantes, tais como: biodegrabilidade, baixa toxicidade, aceitabilidade ecológica e possibilidade de serem produzidos com a utilização de matérias-primas renováveis, de baixo custo (Nitschke e Pastore, 2006). A vasta aplicação destes compostos e suas propriedades são muito interessantes. Dentre eles podemos citar os lipopeptídeos, usualmente produzidos por Bacillus (Ghodjavand, Vahabzadeh, Roayaei e Shahraki,2008). Segundo Nitschke e Pastore (2002), atualmente nos países industrializados, 70 a 75% dos surfactantes consumidos são de origem petroquímica, enquanto nos países em desenvolvimento os compostos de origem microbiana predominam. Há, entretanto, uma tendência dos países industrializados passarem a utilizar surfactantes naturais, pela necessidade de uso de produtos mais brandos e biodegradáveis. De acordo com Barros, Quadros, Móstica e Pastore (2007), a produção de surfactantes excede 3 milhões de toneladas/ano, sendo que sua utilização se concentra nas indústrias de petróleo, cosméticos, de produtos de higiene e limpeza. O aumento da preocupação ambiental entre os consumidores, combinado com as novas legislações de controle do meio ambiente, levaram a procura de biossurfactantes como alternativa aos produtos existentes. Os conceitos de produção de biossurfactante de baixo custo incluem melhoria de rendimento de produção por melhoria de tensão, otimização de mídia, ou operação de biorreator e design, bem como a utilização de substratos mais baratos e renováveis, tais como açúcares, óleos, alcanos, e resíduos para reduzir o custo do substrato de fermentação (Yeh, Wei e Chang, 2006). Os biossurfactantes produzidos por microrganismos podem ser obtidos utilizando-se procedimentos relativamente simples e substratos baratos, através de processos de fermentação. Açúcares e óleos são fontes de carbono adequadas para a obtenção de tensoativos ecologicamente seguros (Bueno, Silva e Garcia-Cruz, 2010). Processos industriais e ambientais estão frequentemente associados a condições extremas de temperatura, pressão, força iônica, ph e presença de solventes orgânico. Diversos estudos têm avaliado a estabilidade dos biossurfactantes frente a essas condições. Isto ocorre em função da necessidade de uma avaliação do comportamento destes compostos para que sua utilização seja viabilizada (Barros, Quadros e Pastore, 2008). Os biossurfactantes, de modo geral, podem ser classificados em: glicolipídeos, lipossacarídeos, lipopeptídeos, fosfolipídeos e ácidos graxos/lipídeos neutros (como os ácidos ustilágico e corinomicólico), além de surfactantes poliméricos e surfactantes articulados, sendo os lipopeptídeos os biossurfactantes mais efetivos (Barros, Quadros, Móstica e Pastore, 2007).
4 Os surfactantes lipoprotéicos são talvez os mais conhecidos por suas atividades antibióticas, sendo melhor caracterizados aqueles produzidos por Bacillus sp, incluindo surfactina, iturina, fengicina, liquenisina, micosubtilisina e bacilomicina (Barros, Quadros, Móstica e Pastore, 2007). Sendo assim, o presente trabalho teve como objetivo a produção de biossurfactante, mais precisamente a surfactina, através da fermentação do resíduo do processamento do abacaxi, por Bacillus subtilis. A aplicação do resíduo do abacaxi como substrato de fonte renovável garante o baixo custo na produção do surfactante microbiológico, uma vez que este fruto é extensivamente cultivado no Brasil, o qual é o segundo maior produtor mundial. A eficácia da produção de surfactina utilizando caldo de abacaxi pode ser comprovada quando em comparação com estudos utilizando milhocina como substrato.
5 2 REFERÊNCIAS Barros FFC, Quadros CP, Móstica Júnior MR, Pastore GM. Surfactina: Propriedades Químicas, Tecnológicas e Funcionais para Aplicações em Alimentos. Quim Nova. 2007; 30(2): Barros F, Quadros C, Pastore G. Propriedades emulsificantes e estabilidade do biossurfactante produzido por Bacillus subtilis em manipueira. Ciênc. de Tecnologia de Alimentos. [Internet] [cited 2014 Mar 19]; 2008(003159): Available from: Behring JL, Lucas M, Machado C, Barcellos IO. Adaptação no Método do Peso da Gota Para Determinação da Tensão Superficial: Um método simplificado para a quantificação da CMC de surfactantes no Ensino da Química. Quim Nova. 2004; 27(3): Bueno SM, Silva AN, Garcia-Cruz CH. Estudo da Produção de Biossurfactante em Caldo de Fermentação. Quim Nova. 2010; 33(7): Ghojavand H, Vahabzadeh F, Roayaei E, Shahraki AK. Production and properties of a biosurfactant obtained from a member of the Bacillus subtilis group (PTCC 1696). J Colloid Interface Sci [Internet] Aug [cited 2014 Mar 12]; 324(1-2): Available from: Nitschke M, Pastore GM. Production and properties of a surfactant obtained from Bacillus subtilis grown on cassava wastewater. Bioresour Technol [Internet] Jan [cited 2014 Mar 11]; 97(2): Available from: Nitschke M, Pastore M. Biossurfactantes: Propriedades e Aplicações. Quim Nova. 2002; 25(5): Pinto MH, Martins RG, Costa JAV. Avaliação Cinética da Produção de Biossurfactantes Bacterianos. Quim Nova, Vol32, No ; 32(8):
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