APLICAÇÃO DO BIOSSURFACTANTE DE CANDIDA LIPOLYTICA COMO AGENTE DE REMEDIAÇÃO AMBIENTAL

Transcrição

1 APLICAÇÃO DO BIOSSURFACTANTE DE CANDIDA LIPOLYTICA COMO AGENTE DE REMEDIAÇÃO AMBIENTAL A Resultados da dissertação de Mestrado. Financiamento: Financiamento: FACEPE. TERMOPE. Danyelle Khadydja Felix dos Santos 1 ; Juliana Moura de Luna 2 ; Raquel Diniz Rufino 2 ; Leonie Asfora Sarubbo 3 1 Doutoranda em Biotecnologia na Universidade Rural de Pernambuco, CEP , danykhadydja@hotmail.com]. Bolsista FACEPE. 2 Pós-Doutorandas (PNPD), UNICAP e Centro de Ciências e Tecnologia, UNICAP [Rua do Príncipe, 526, Bolsistas CAPES/FACEPE. 3 Professora e Pesquisadora do Centro de Ciências e Tecnologia, UNICAP. Resumo Os biossurfactantes são moléculas anfipáticas contendo porções hidrofílicas e hidrofóbicas e é diferenciada por sua natureza bioquímica e pela espécie microbiana produtora. Realizou-se a produção de um biossurfactante em biorreator de 2,0L a partir da levedura Candida lipolytica cultivada em 2,5% de gordura animal e 2,5% de milhocina à 28ºC. A porcentagem de dispersão de óleo em água do mar foi proporcional a concentração do biossurfactante utilizado, sendo a solução do biossurfactante isolado a 0,16% capaz de deslocar 54% de óleo, embora a dispersão pelo líquido metabólico livre de células (biossurfactante bruto) foi superior a 50%. O biotensioativo bruto e as soluções aquosas do biossurfactante isolado em 0,04, 0,08 e 0,16% também foram eficazes na recuperação de até 100% do óleo de motor a partir de superfícies sólidas, indicando o potencial da biomolécula como agente de remediação em ambientes marinhos. Palavras-chave: tensoativo, micro-organismo, petróleo. 1

2 INTRODUÇÃO Os biossurfactantes são compostos anfipáticos, contendo porções hidrofílicas e hidrofóbicas que se particionam, preferencialmente, na interface entre fases fluidas com diferentes graus de polaridade e pontes de hidrogênio, como interfaces óleo/água ou ar/água (BANAT et al., 2010). Os estudos relacionados aos biossurfactantes iniciaram-se em 1960 e a utilização desses compostos se estendeu nas últimas décadas, surgindo como alternativa aos surfactantes sintéticos, especialmente em indústrias farmacêuticas, alimentícias e refinarias. A razão desta notoriedade está relacionada à baixa toxicidade, biodegradabilidade, capacidade de ação em ambientes extremos, como ph, temperatura e salinidade, além de estruturas químicas únicas (CERQUEIRA et al., 2011; MAKKAR et al., 2011), habilidade de produção a partir de fontes renováveis/resíduos industriais e de subprodutos (PACWA-PLOCINICZAK et al., 2011). Esta última caraterística torna uma produção de biossurfactante com possibilidades de baixo custo, uma vez que permite a utilização de substratos, de modo que a aplicação do mesmo na remediação ambiental é considerado um dos maiores mercados para os surfactantes naturais (REIS et al., 2011; DUBEY et al., 2012). A grande maioria dos surfactantes disponíveis comercialmente é sintetizada a partir de derivados de petróleo. Entretanto, a preocupação ambiental entre os consumidores, combinada a novas legislações de controle do meio ambiente têm levado à procura por surfactantes naturais como alternativa aos produtos existentes (CERQUEIRA et al., 2011; DUBEY et al., 2012). Nessa área, as pesquisas biotecnológicas permitiram ampliar os limites de aplicação dos aditivos sintéticos, desenvolvendo novos produtos baseados na capacidade sintética dos micro-organismos. Estas perspectivas, relacionadas a produtos de elevado interesse industrial, têm conduzido a investigação e o desenvolvimento de modelos que constituem as bases das novas tecnologias na produção de agentes surfactantes por micro-organismos (PACWA-PLOCINICZAK et al., 2011). Nesse sentido, a utilização de compostos surfactantes torna-se uma alternativa atrativa na remoção de contaminantes hidrofóbicos gerados pela indústria de petróleo. 2

3 A aplicação de biossurfactantes no tratamento de resíduos oleosos torna-se um dos pré-requisitos importantes para que ocorram interações entre os resíduos e a célula microbiana, devido à redução da tensão superficial mediada entre o óleo e a fase aquosa. Portanto, faz-se necessário o desenvolvimento de estratégias tecnológicas inovadoras para prevenir problemas indesejáveis causados por possíveis acidentes ambientais provocados pelo derramamento de óleos. Assim, o desenvolvimento de uma tecnologia de aplicação de biossurfactantes na contenção de resíduos de derivados de petróleo apresenta-se como solução para evitar danos à indústrias e ao próprio meio ambiente marinho. MATERIAL E MÉTODOS Micro-organismo A linhagem de Candida lipolytica UCP 0998 foi utilizada como microorganismo produtor do biossurfactante. Substratos Gordura animal (sebo de boi) e milhocina foram usados como substratos de produção. Meios de cultura Para a manutenção da levedura foi utilizado o meio YEAST MOLD AGAR (YMA). O meio de produção do biossurfactante de C. lipolytica foi formulado com água destilada suplementada com 5% de gordura animal e 2,5% milhocina. Produção do biossurfactanteem biorreator O biossurfactante utilizado foi produzido por Candida lipolytica de acordo com Santos et al. (2011). Isolamento do biossurfactante O líquidometabólico obtido do cultivo de C. lipolytica após centrifugação foi submetido ao processo de extração de acordo com Desphande &Daniels (1995). 3

4 Limpeza de superfície sólida com o biossurfactante A capacidade de limpeza do biossurfactante foi investigada revestindo-se as paredes internas de Beckers com óleo bruto. Para remover o óleo aderido, soluções aquosas do biossurfactante bruto e isolado em diferentes concentrações (1/2CMC, CMC e 2xCMC) foram adicionadas em cada Becker, sendo os mesmos agitados por 1,0 min e deixado em repouso por 6 h (PRUTHI; CAMEOTRA, 2003). Deslocamento da gota de óleo pelo biossurfactante O teste de deslocamento de óleo consiste em um método usado para determinar a atividade surfactante medindo-se o diâmetro da região clara que surge após o gotejamento do biossurfactante em uma fina camada de óleo em água. O diâmetro da região formada permite avaliar a eficiência de redução da tensão superficial de um determinado biossurfactante. O teste de deslocamento da gota de óleo foi realizado pela adição de 40 ml de água do mar em placa de Petri com diâmetro de 15 cm. Após a adição da água, 15 µl do óleo bruto foi adicionado a fim de formar uma fina camada na superfície da água e, então, 10 µl da solução teste do biossurfactante bruto e isolado em diferentes concentrações (1/2CMC, CMC e 2xCMC) foi adicionado sobre a superfície do óleo. O teste foi realizado à temperatura ambiente, sendo o diâmetro medido visualmente. Quanto maior o diâmetro da região formada, maior a atividade superficial do biossurfactante (PORNSUNTHORNTAWEE et al., 2008) RESULTADOS E DISCUSSÃO Limpeza de superfície sólida com o biossurfactante O líquido metabólico livre de células de C. lipolytica UCP0988 e as soluções aquosas do biossurfactante isolado em 0,04, 0,08 e 0,16%, foram eficazes na recuperação de até 100% de óleo de motor a partir das paredes dos Beckers, como mostra a Figura 1. Estes resultados sugerem a adequação deste biotensioativo na remoção de petróleo bruto das paredes dos recipientes. 4

5 No presente estudo, um meio de baixo custo baseado em gordura animal e milhocina apresentaram sucesso em relação à produção de biossurfactante pela levedura C. lipolytica. Glicose e fontes de azoto (extrato de levedura e uréia) foram substituídas para reduzir o custo do meio de produção. No geral, os resultados demonstraram que este biossurfactante tem um potencial significativo para uma futura aplicação na indústria do petróleo. Figura 1 - Ilustração da limpeza de superfícies sólidas por ação do biossurfactante bruto e do isolado na 1/2CMC, CMC e 2x CMC de C. lipolytica cultivada em água destilada suplementada com 5% de gordura animal e 2,5% milhocina Deslocamento da gota de óleo pelo biossurfactante O líquido metabólico livre de células que contém o biotensioativo produzido por C. lipolytica UCP0988 conseguiu eficiência do óleo de alta difusão (deslocamento de óleo de 54%, conforme Figura 2). Este foi mais eficaz do que as soluções aquosas do biossurfactante isolado em 0,04, que apresentou um halo de 47% do óleo. A solução biossurfactante na CMC (0,08%) foi de 60% do petróleo já a solução a 0,16% (2 x CMC) apresentou 74% do óleo disperso apresentando maior eficiência (conforme Tabela 1). De acordo com Sitohy et al. (2010), o biotensioativo produzido por B. subtilis NRRL B-94C (0,1%) obtiveram uma eficiência de propagação de óleo de 57%, enquanto que o surfactante conhecido industrial Triton X-100 a 80% do óleo deslocada na mesma concentração 5

6 Figura 2 - Ilustração de gota de óleo de motor dispersa por ação do biossurfactante de C. lipolytica cultivada em água destilada suplementada com 5% de gordura animal e 2,5% milhocina Tabela 1 - Percentuais das gotas de óleo de motor dispersa por ação do biossurfactante bruto e isolado na 1/2CMC, CMC e 2xCMC de C. lipolytica cultivada em água destilada suplementada com 5% de gordura animal e 2,5% milhocina CONCLUSÃO Os estudos realizados com a linhagem de C. lipolytica UCP 0988 permitem as seguintes conclusões: 1. a utilização de um meio de formulado com resíduos agroindustriais mostra-se promissora para a produção de biossurfactante com aplicação industrial; 2. os biossurfactantes bruto e isolado foram eficazes na recuperação de óleo de motor aderido à superfície sólida; 3. os biossurfactantes bruto e o isolado foram eficazes no deslocamento de óleo de motor disperso em água do mar; 4. o biossurfactante apresentou potencial de aplicação na indústria do petróleo, especialmente em relação à recuperação avançada de petróleo, limpeza de tanques e biorremediação de derrames no mar e no solo. 6

7 REFERÊNCIAS BANAT, I. M. et al. Microbial biosurfactants production, applications. Appl Microbiol Biotechnol, v. 87, p , CERQUEIRA, V.S., HOLLENBACH, E.B., MABONI, F., VAINSTEIN, M.H., CAMARGO, F.A.O., PERALBA, M.D.C.R., BENTO, F.M. Biodegradation potential of oily sludge by pure and mixed bacterial cultures. Bioresour. Technol, v. 102, p , DESHPANDE, M., DANIELS, L. Evaluation of sophorolipid biosurfactant production by Candida bombicola using animal fat.bioresource Technology, v. 54, p , DUBEY, K. V.; CHARDE, P. N.; MESHRAM, S. U.; SHENDRE, L. P.; DUBEY, V. S.; JUWARKAR, A. A. Surface-active potential of biosurfactants produced in curd whey by Pseudomonas aeruginosa strain-pp2 and Kocuriaturfanesis strain-j at extreme environmental conditions. Bioresource Technology, v. 126 p , MAKKAR, R.S., CAMEOTRA, S.S., BANAT, I.M. Advances in utilization of renewable substrates for biosurfactant production. AMB Express, v. 1, 5, PACWA-PLOCINICZAK, M.; PLAZA, G.A.; PIOTROWSKA-SEGET, Z.; CAMEOTRA, S.S. Environmental Applications of Biosurfactants: Recent Advances, International Journal of Molecular Sciences, v. 13, p , PORSUNTHORNTAWEE, O.; ARTTAWEEPORN, N.; PAISANJIT, S.; SOMBOONTHANATE, P.; ABE, M.; RUJIRAVANIT, R.; CHAVADEJ, S. Isolation and comparison of biosurfactants produced by /Bacillus subtilis/ PT2 and /Pseudomonas aeruginosa/ SP4 for microbial surfactant-enhancedoil recovery. BiochemicalEngineeringJournal, v. 42, p ,

8 REIS, R.S., PEREIRA, A.G., NEVES, B.C., FREIRE, D.M.G. Gene regulation of rhamnolipid production in Pseudomonas aeruginosa a review.bioresour.technol, v. 102, p , SANTOS, D.K.F.; FARIAS, C.B.B.; RUFINO, R.D.; LUNA, J.M.; SARUBBO, L.A. Production of a biosurfactant from candida lipolytica cultivated in industrial wastes using a bioreactor. V SimpósioemMicrobiologiaAplicada, SITOHY, M.Z., RASHAD, M.M., SHAROBEEM, S.F., MAHMOUD, A.E., NOOMAN, A.S., AL KASHEF, M.U., Bioconversion of soy processing waste for production of surfactants.african J. Microbiol. Res. 4,