Utilização de bactérias produtoras de biossurfactantes...

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA

SARAH DE MENEZES VIANA

Utilização de bactérias produtoras de biossurfactantes em técnicas de

biorremediação de petróleo

Lorena

2015

SARAH DE MENEZES VIANA

Utilização de bactérias produtoras de biossurfactantes em técnicas de

biorremediação de petróleo

Trabalho de conclusão de curso apresentado à Escola de Engenharia de Lorena - Universidade de São Paulo como requisito parcial para conclusão da Graduação do curso de Engenharia Bioquímica.

Orientador: Prof.ª Rita de Cássia Lacerda Brambilla Rodrigues

Lorena

2015

AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIOCONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE

Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Automatizadoda Escola de Engenharia de Lorena,

com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)

Viana, Sarah de Menezes Utilização de bactérias produtoras debiossurfactantes em técnicas de biorremediação depetróleo / Sarah de Menezes Viana; orientadora Ritade Cássia Lacerda Brambilla Rodrigues . - Lorena,2015. 67 p.

Monografia apresentada como requisito parcialpara a conclusão de Graduação do Curso de EngenhariaBioquímica - Escola de Engenharia de Lorena daUniversidade de São Paulo. 2015Orientadora: Rita de Cássia Lacerda Brambilla Rodrigues

1. Petróleo . 2. Biorremediação. 3.Biossurfactantes. 4. Bactérias. 5. Imobilização. I.Título. II. Rodrigues , Rita de Cássia LacerdaBrambilla , orient.

A todos que acreditaram em mim e me

apoiaram ao longo dessa jornada.

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente à Deus, por sempre me presentear com momentos e pessoas

especiais, por iluminar meu caminho e amparar nos momentos de felicidade e de fracasso, pois

sem Ele nada seria possível.

Agradeço à minha família pelo suporte, pelo carinho, pelo amor que me foi dado e por

possibilitar a realização dos meus sonhos, apesar de toda a distância e saudade.

Agradeço ao meu professor de ciências biológicas no ensino médio, Prof. Dr. Gerson

Catanozi, cujas aulas sempre me inspiraram a querer mudar o mundo e me levaram a escolher

este curso de graduação e o tema desta Monografia.

Agradeço à minha orientadora Prof.ª Rita de Cássia Lacerda Brambilla Rodrigues pela

paciência e prontidão para ajudar, por todo o apoio, pelas sugestões, correções e boas conversas

oferecidas ao longo desse caminho.

Agradeço aos meus amigos que foram minha família fora do lar, que proporcionaram

diversos momentos inesquecíveis e que minimizaram os efeitos da distância, em especial Thales

de Sousa Faria, que sempre despertou a melhor versão de mim e me estimulou a seguir meus

sonhos.

Agradeço à toda equipe da EEL, professores e servidores, que possibilitaram meus

estudos e desenvolvimento, tanto pessoal quanto profissional, e contribuíram para a formação

do ser humano que sou hoje.

A todos que possibilitaram minha chegada até o final deste curso de Graduação, meus

sinceros agradecimentos.

RESUMO

VIANA, S. M. Utilização de bactérias produtoras de biossurfactantes em técnicas de biorremediação de petróleo. 2015. 67 f. Monografia (Trabalho de conclusão de curso) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2015.

O desenvolvimento de técnicas que combatam os prejuízos ambientais e financeiros vinculados à cadeia produtiva do petróleo, desde sua produção ao consumo, está associado à crescente demanda por seus derivados e sua exploração intensiva. A utilização de mecanismos naturais e biológicos para limpeza e remoção de óleos se mostra uma alternativa ambientalmente amigável e de baixo custo, que vem chamando a atenção de muitos pesquisadores. No entanto, a velocidade pela qual a biodegradação de petróleo ocorre naturalmente no ambiente marinho é insuficiente para remediar, em curto prazo, vazamentos causados por acidentes, o que pode ser resolvido através de técnicas como bioestimulação, bioventilação, bioamplificação, adição in situ de biossurfactantes, dentre outras. Nesse contexto, um entendimento maior das reações degradativas de microrganismos utilizados por métodos de biorremediação de petróleo, assim como sua aplicabilidade e eficiência, contribui para avanços para o aperfeiçoamento de técnicas de descontaminação. Como uma das mais recentes inovações nesta área pode citar a utilização de bactérias produtoras de biossurfactantes imobilizadas, o que facilita o controle do processo e dos microrganismos, além de aumentar sua eficiência. Um polímero de baixo custo e fácil produção para utilização em suportes de imobilização é a quitosana, um polissacarídeo natural, biodegradável, inerte e atóxico, muito abundante na natureza. Este trabalho descreveu diversas técnicas desenvolvidas na biodegradação e biorremediação de petróleo, empregando bactérias produtoras de biossurfactantes, possibilitando, assim, uma análise dos métodos mais eficazes e promissores na resolução de um problema histórico que causa grandes prejuízos à indústria petrolífera e ao meio ambiente. Foi possível constatar que a imobilização de células de bactérias produtoras de biossurfactantes em cápsulas (ou esferas) de quitosana, apesar de não ser ainda empregada no Brasil, é uma técnica com grande potencial para aplicação em atividades de biorremediação devido ao seu baixo custo associado ao reaproveitamento de subprodutos da carcinicultura, para obtenção de quitosana, e a técnica simples de imobilização celular.

Palavras-chave: Petróleo. Biorremediação. Biossurfactantes. Bactérias. Imobilização.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Hidrocarbonetos representativos na composição do petróleo ....................... 19

Figura 2: Classificação de petróleo baseada na densidade (Grau API) ........................ 20

Figura 3: Derivados de Petróleo e suas aplicações ....................................................... 22

Figura 4: Etapas do processo de degradação aeróbica de hidrocarbonetos de petróleo 35

Figura 5: Estrutura dos biossurfactantes e formação de micelas .................................. 37

Figura 6: Degradação microbiana de compostos aromáticos por reações com diferentes

aceptores de elétrons. .................................................................................................... 40

Figura 7: Principais Métodos de imobilização celular ou enzimática .......................... 44

Figura 8: Arranjo experimental para produção de grânulos monodispersos ................ 45

Figura 9: Estrutura química da quitina ......................................................................... 48

Figura 10: Estrutura química da quitosana ................................................................... 48

Figura 11: Desacetilação da quitina por tratamento alcalino para formação de quitosana

...................................................................................................................................... 51

Figura 12: Fluxograma do processo para aproveitamento de resíduos de camarão ..... 52

Figura 13: Esferas de quitosana (A) e esferas de quitosana contendo células imobilizadas

na proporção 1:1 (quitosana : biomassa) ...................................................................... 57

Figura 14: Ensaio de emulsificação de mistura querosene-água, promovida por esferas

de quitosana .................................................................................................................. 58

LISTA DE TABELAS E QUADROS

Tabela 1: Os 10 maiores acidentes petrolíferos no mundo ........................................... 25

Tabela 2: Biossurfactantes produzidos por microrganismos ........................................ 38

Tabela 3: Aplicações de quitina e quitosana ................................................................. 49

Tabela 4: Composição do meio mineral inoculado com a cultura bacteriana .............. 55

Tabela 5: Micronutrientes adicionados ao meio esterilizado ....................................... 55

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................. 12

1.1. JUSTIFICATIVA ................................................................................................ 15

1.2. OBJETIVOS ........................................................................................................ 16

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................... 17

2.1. O PETRÓLEO ..................................................................................................... 17

2.1.1. Ocorrência e origem do petróleo ................................................................. 17

2.1.2. Propriedades físicas e químicas do petróleo ............................................... 18

2.1.3. Aplicações do petróleo e subprodutos ......................................................... 21

2.1.4. Etapas da exploração e refino do petróleo .................................................. 23

2.1.5. Acidentes petrolíferos no mundo ................................................................ 24

2.1.6. Acidentes petrolíferos no Brasil .................................................................. 26

2.1.7. Legislação no Brasil .................................................................................... 28

2.1.8. Comportamento do óleo no mar .................................................................. 29

2.1.9. Impacto nos organismos marinhos e costeiros ............................................ 31

2.2. BIORREMEDIAÇÃO ......................................................................................... 32

2.2.1. Classificação................................................................................................ 33

2.2.2. Técnicas empregadas................................................................................... 33

2.2.3. Mecanismo da degradação de hidrocarbonetos de petróleo ........................ 34

2.2.4. Microrganismos utilizados na biorremediação ........................................... 38

2.2.5. Biorremediação com células imobilizadas .................................................. 41

2.3. IMOBILIZAÇÃO DE CÉLULAS E ENZIMAS ................................................ 43

2.3.1. Suportes para imobilização ......................................................................... 46

2.3.1.1. Quitina e Quitosana: características e aplicações ............................... 47

2.3.1.2. Métodos de obtenção de quitina e quitosana ........................................ 50

2.3.1.3. Métodos de preparo de suporte de quitosana ....................................... 52

2.3.2. Preparo da cultura de microrganismos para imobilização .......................... 54

2.3.3. Métodos de imobilização de células e enzimas em quitosana .................... 56

2.3.4. Atividade emulsificante............................................................................... 57

3. METODOLOGIA ............................................................................................. 59

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................... 60

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 62

12

1. INTRODUÇÃO

O petróleo, uma mistura de hidrocarbonetos e compostos sulfurados, nitrogenados,

oxigenados, resinas e asfaltenos, é um recurso mineral não-renovável que constitui, atualmente,

a principal fonte de energia mundial. O setor petroquímico engloba, através de sua cadeia

produtiva, tanto a indústria de produtos químicos derivados do petróleo quanto a indústria de

transformação de plásticos, o que o torna o maior segmento dentro do setor químico

(MACHADO, 2012).

Em 2014, o consumo mundial de petróleo aumentou em 0,9 milhões de barris por dia

(ou 0,9%), a menor taxa de crescimento desde 1998. Já a produção global aumentou em

2,1 milhões de barris por dia (ou 2,3%) (BRITISH PETROLEUM, 2015). O crescimento da

demanda internacional, mesmo que modesto, vem acompanhado de maior preocupação acerca

da dependência mundial do uso de combustíveis fósseis, como carvão, petróleo e gás. Cerca de

66% do consumo mundial de energia se originam dessas fontes, sendo que aproximadamente

40% corresponde ao consumo de petróleo.

Estima-se que cada barril de petróleo extraído produza cerca de 436kg de CO2 na

combustão de derivados de petróleo para a geração de energia, o que torna a indústria do

petróleo uma das maiores emissoras de gás carbônico na atmosfera (MACHADO, 2012). No

entanto, o impacto ambiental causado pelo uso de combustíveis fósseis não se limita apenas às

emissões de gases poluentes responsáveis pelo efeito estufa, mas se estende por toda a cadeia

produtiva do petróleo.

A exploração, prospecção e produção em terra levam ao aumento da degradação do

solo, enquanto que, em mar, há o risco permanente da ocorrência de vazamentos de óleo, os

quais podem afetar toda a fauna e flora marinha. Os efluentes gerados em sua extração e o

despejo irregular contribuem também para a poluição do ar, do solo e da água.

A contaminação por hidrocarbonetos de petróleo pode ocorrer por acidentes no

transporte de combustíveis por navios e caminhões, vazamentos de tanques de armazenamento

subterrâneos, corrosão de dutos de transporte, liberação inadequada dos resíduos oleosos

gerados pelas indústrias que utilizam seus derivados na produção de plástico, solventes,

produtos farmacêuticos e cosméticos, dentre outras.

12

Um litro de óleo é capaz de esgotar o oxigênio de um milhão de litros de água e, em

poucos dias, formar uma fina camada sobre a superfície de 1000m² de solo, bloqueando a

passagem de luz e inibindo o crescimento de microrganismos e plantas (YEUNG et al. 2011

apud SOUZA, 2013, p. 10). Os prejuízos ambientais e financeiros inerentes à contaminação do

mar ou solo com petróleo e derivados alavancam pesquisas acerca de métodos eficientes para

remoção ou redução destes compostos no meio ambiente.

A remediação de sítios contaminados pode ser realizada por métodos físico-químicos

ou biológicos. Métodos físico convencionais consistem na utilização de equipamentos caros e

pouco eficientes, como barreiras de contenção, barcaças recolhedoras, cordas oleofílicas,

caminhões vácuo, absorventes granulados, entre outros, que realizam a remoção mecânica dos

hidrocarbonetos do ambiente (MANDRI; LIN, 2007 apud MONTAGNOLLI, 2011 p. 22-23).

A combustão in situ, uma técnica de recuperação térmica de óleo, consiste na ignição de uma

pequena porção do óleo do reservatório, a qual é sustentada pela injeção contínua de ar e gera

resíduos densos extremamente viscosos e de difícil recuperação no mar e na costa.

Alguns produtos químicos como os dispersantes, constituídos por surfactantes e

solventes, podem ser pulverizados nas manchas de petróleo com o objetivo de acelerar o

processo de dispersão natural para remover o óleo flutuante e minimizar o impacto em zonas

costeiras sensíveis e aves. No entanto, possuem eficiência limitada quando aplicados sobre

óleos com ponto de fluidez próximo ou superior à temperatura ambiente e podem até gerar

subprodutos tóxicos. (CRAIG et al., 2012). Mecanismos naturais e biológicos de limpeza e

remoção do óleo são priorizados em muitos casos, já que não causam danos adicionais à

comunidade marítima e costeira. A utilização de microrganismos capazes de obter energia de

fontes de carbono, a partir da decomposição biológica dos hidrocarbonetos presentes no

petróleo em dióxido de carbono, água, sais minerais e gases, se apresenta como um método

ambientalmente amigável para a remediação (SOUZA, 2013).

Entretanto, a baixa solubilidade e a hidrofobicidade elevada de muitos hidrocarbonetos

os tornam altamente indisponíveis aos microrganismos, dificultando o deslocamento de

substratos insolúveis pela membrana celular. Microrganismos aeróbicos são capazes de resolver

esse problema a partir da produção de biossurfactantes, compostos formados por moléculas

anfipáticas que agem pela redução da tensão entre o meio e a bactéria, assim como entre a

parede celular bacteriana e as moléculas de hidrocarbonetos. A interação do biossurfactante

com a superfície celular promove modificações na membrana, aumentando sua hidrofobicidade

e facilitando a aderência do hidrocarboneto, o que reduz o índice de lipopolissacarídeos da

12 parede celular sem danificar a membrana. Outros mecanismos de ação desses compostos

consistem no aumento da área de contato dos microrganismos com os hidrocarbonetos, na

melhora da mobilidade e acesso ao substrato, resultando no aumento da biodegradação desses

compostos (SILVA et al., 2014).

Dentre as vantagens que biossurfactantes oferecem, comparando-se com surfactantes

químicos, pode-se mencionar a biodegradabilidade, compatibilidade ambiental e baixa

toxidade, o que torna esses compostos eficazes na biorremediação de vazamentos de petróleo.

Apesar de ser aplicado em diferentes processos industriais, como nas indústrias farmacêutica,

de cosméticos e de alimentos, o maior mercado é na indústria de petróleo, na qual tais

componentes podem ser utilizados na limpeza e biorremediação de mares e solos contaminados

com petróleo, na remoção de resíduos de óleo em tanques de armazenamento e na recuperação

do produto.

Este trabalho visou o estudo de diversas técnicas desenvolvidas na biodegradação e

biorremediação de petróleo, empregando bactérias produtoras de biossurfactantes,

possibilitando, assim, uma análise dos métodos mais eficazes e promissores na resolução de um

problema histórico que causa grandes prejuízos à indústria petrolífera e ao meio ambiente.

12

1.1. JUSTIFICATIVA

O crescimento populacional e, consequentemente, o aumento da demanda por petróleo

e seus derivados, são fatores que mantém a indústria petrolífera em constante alta. A intensa

exploração de petróleo, associada a um aumento da consciência ambiental, levou a indústria

energética, juntamente com muitos pesquisadores, a voltar sua atenção para biossurfactantes:

compostos naturais, biodegradáveis, não tóxicos e biocompatíveis, sintetizados por

microrganismos aeróbicos, altamente eficazes na remediação de sítios contaminados por

hidrocarbonetos.

A biodegradação de petróleo, no ambiente marinho, ocorre naturalmente por diversas

populações bacterianas, que determinam o destino final dos hidrocarbonetos. No entanto, a

velocidade pela qual esse processo ocorre é muito lenta, incapaz de remediar, a curto prazo, o

impacto causado na fauna e flora marinha e costeira, uma vez que a biodegradação por ação de

microrganismos pode levar até um ano para ocorrer (POFFO, 2000). Visando acelerar esse

processo, de modo a superar os fatores limitantes e remover eficazmente os hidrocarbonetos

contaminantes de uma determinada área, pesquisadores vêm desenvolvendo muitas técnicas,

dentre as quais podemos mencionar a semeação de culturas bacterianas, a alteração do meio

pela adição de inóculo e nutrientes necessários para a multiplicação celular, a imobilização de

células em cápsulas de quitina, hidrogel ou outros materiais poliméricos, ou até a adição de

biossurfactante ao meio, de modo a aumentar o acesso dos microrganismos ao substrato e

potencializar a sua degradação.

Os custos envolvidos na remediação de contaminação por óleo e seus derivados,

devido a acidentes e vazamentos, aliados à preocupação acerca do impacto ambiental causado

por componentes tóxicos e agressivos como hidrocarbonetos aromáticos, impulsionam diversas

pesquisas na área. Dessa forma, a aplicabilidade de biossurfactantes, compostos promissores na

biodegradação de petróleo, é amplamente estudada.

12

1.2. OBJETIVOS

Gerais: Contribuir para o entendimento da aplicabilidade das técnicas de

biodegradação e biorremediação de petróleo a partir do uso de bactérias produtoras de

biossurfactantes.

Específicos:

Descrever os efeitos do petróleo no ambiente marinho;

Descrever técnicas de biorremediação;

Descrever os processos metabólicos de degradação de microrganismos;

Descrever as técnicas empregadas na biorremediação de áreas contaminadas por

hidrocarbonetos provenientes de petróleo e sua aplicabilidade.

12 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. O PETRÓLEO

O petróleo é uma mistura complexa de compostos orgânicos de ocorrência natural em

rochas areníticas ou calcárias de bacias sedimentares existentes em várias partes do mundo,

cuja composição varia de campo para campo e até entre poços do mesmo campo (MACHADO,

2012). Sua aparência pode variar de líquido completamente fluido de cor amarelo-palha até

material pastoso ou semissólido de cor preta, no entanto esse produto é constituído

essencialmente por hidrocarbonetos, além de pequenas quantidades de compostos derivados de

enxofre, nitrogênio e oxigênio, considerados impurezas (CORREA, 1989).

A denominação “hidrocarboneto” se aplica a uma grande variedade de compostos

constituídos de carbono e hidrogênio, diferentes entre si de acordo com as ligações químicas

realizadas pelos átomos de carbono. Eles possuem uma porção hidrofílica, composta de

aminoácidos ou polissacarídeos, e uma porção hidrofóbica, geralmente composta de ácidos

graxos saturados ou insaturados (MONTAGNOLLI, 2011). Os hidrocarbonetos encontrados no

petróleo pertencem às séries dos alcanos lineares, alcanos cíclicos e aromáticos. Quando

possuem em suas configurações a combinação de uma ou mais dessas séries, podem ser

denominados hidrocarbonetos mistos (TONINI; DE REZENDE; GRATIVOL, 2010).

2.1.1. Ocorrência e origem do petróleo

O petróleo é encontrado em formações rochosas que datam de dez a quatrocentos

milhões de anos, entretanto, o mecanismo de transformação de organismos marinhos em

petróleo ainda não foi completamente explicado. Campos e Leontsinis (1990) apresentam três

teorias a respeito da origem do petróleo: as teorias orgânica, inorgânica e da radioatividade.

De acordo com a teoria orgânica, microrganismos microscópicos constituintes do

plâncton marinho podem ser depostos no fundo de mares profundos e fechados, onde há

inexistência de correntes fortes e baixa oxigenação. A partir da sedimentação de argilas

provenientes da erosão das costas, as camadas de material orgânico e sedimentos se sobrepõem

e sofrem a ação de bactérias anaeróbicas, responsáveis pela transformação dos carboidratos e

proteínas em substâncias gasosas e solúveis em água, e num resíduo denominado sapropel

12 (NAGAYASSU, 2006). Este resíduo consiste em uma espécie de lama putrefata, resultado da

conversão de organismos marinhos, como animais e plantas, em matéria orgânica.

Ao longo de um milhão de anos cerca de 10% desta lama se transforma em betume,

denominação dada aos produtos orgânicos secundários solúveis em solventes orgânicos

comuns. Os restantes 90% se transformam em um composto do tipo polimérico de alto peso

molecular, intimamente associado às rochas que o contém, denominado querogênio. Este

corresponde à fracção da matéria orgânica sedimentar derivada de áreas continentais e dos

ambientes marinhos, insolúvel nos solventes orgânicos comuns e presente nas rochas,

sedimentos modernos e solos (FERNANDES, 2004). Sob condições especificas de pressão e

temperatura, aliadas à catálise realizada pelo material constituinte das rochas, o querogênio é

transformado, ao longo de milhões de anos, em petróleo (CORREA, 1989).

A teoria inorgânica atribui a formação do petróleo às reações entre a água, gás

carbônico, carbonatos e carbonetos metálicos, sob condições de temperatura e pressão elevadas.

Ela desconsidera a origem baseada em organismos vivos e não explica a existência no petróleo

de porfirinas, compostos organometálicos de estrutura complexa, os quais são sintetizados por

seres vivos vegetais ou animais (KUTCHEROV et al., 2010).

Pela teoria da radioatividade, a radiação, proveniente de elementos radioativos

existentes na crosta terrestre, teria agido sobre o metano, proveniente da atmosfera primitiva do

planeta, gerando hidrocarbonetos de cadeias mais longas presentes no petróleo. No entanto, a

radiação intensa teria destruído os compostos oticamente ativos que são encontrados no

petróleo, e resultaria em altos teores de hidrogênio e hélio nos gases de petróleo, o que não

ocorre de fato (PASCHOA, 1997). Assim como a teoria inorgânica, a teoria da radioatividade

também não explica a existência de porfirinas, um dos motivos pelos quais a teoria orgânica é

melhor aceita na comunidade científica (PASCHOA, 1997).

2.1.2. Propriedades físicas e químicas do petróleo

Os hidrocarbonetos parafínicos, pertencentes à série dos alcanos, representam uma

grande proporção dos hidrocarbonetos presentes no petróleo e no gás natural. Eles são

caracterizados pela formação de cadeias lineares (mais abundantes) ou ramificadas, compostas

apenas de ligações simples. Os alcanos são muito estáveis e quimicamente inertes e, quando

12 queimados, liberam grande quantidade de calor, o que os caracteriza como excelentes

combustíveis (CORREA, 1989).

A série dos cicloalcanos, representada por hidrocarbonetos naftênicos, é composta por

cadeias fechadas em forma de anéis contendo três ou mais átomos de carbono, sendo que as

séries com cinco ou seis átomos são mais comumente encontradas nos petróleos (MACIEL,

2003). As ligações saturadas das cadeias conferem estabilidade aos compostos, cujas

propriedades se assemelham às dos alcanos lineares. Esses componentes são removidos mais

rapidamente pela degradação microbiológica no ambiente marinho (POFFO, 2000).

Por fim, os hidrocarbonetos compostos por anéis benzênicos, dotados de seis átomos

de carbono ligados entre si por valências simples e duplas alternadas, representam a série dos

aromáticos. Eles são compostos relativamente solúveis em água e altamente tóxicos para

plâncton marinho (CETESB, 2008).

Na Figura 1 são apresentados alguns hidrocarbonetos que compõem o petróleo:

tetradecano (um n-alcano), pristano (um alcano ramificado), metilciclopentano, ciclohexano e

hopano estão presentes na fração saturada do óleo cru, enquanto que os outros compostos fazem

parte da fração aromática.

Fonte: Montagnolli (2011, p. 29)

Figura 1: Hidrocarbonetos representativos na composição do petróleo

12

Algumas propriedades físicas e químicas dependem do número e forma pela qual

outros elementos como nitrogênio, oxigênio, enxofre, vanádio, sódio, níquel e ferro, se ligam

aos hidrocarbonetos. Sua viscosidade, por exemplo, depende do teor de frações leves

(componentes aromáticos) e outros elementos, além da temperatura ambiente. À medida que a

temperatura aumenta, a viscosidade do fluido diminui, e vice-versa (CRAIG et al., 2012).

A maioria dos óleos é mais leve do que a água, normalmente apresentando densidade

relativa menor que 1,0 devido à baixa porcentagem de compostos parafínicos em sua

composição (MACHADO, 2012). A classificação do petróleo baseada na densidade foi

instituída pelas normas do American Petroleum Institute, e ganhou a denominação de grau API,

pela qual, quanto maior for a densidade do petróleo, menor será o grau API e mais pesado será

o óleo. Logo, quando a densidade é menor do que 0,85g/L, eles podem ser classificados como

óleos leves (NEIVA, 1986) (Figura 2). Quando a densidade relativa é baixa, um decréscimo da

tensão superficial (força de atração entre as moléculas na superfície de um líquido) ocasiona

elevação da temperatura e resulta em alta taxa de espalhamento na superfície da água ou do

solo (POFFO, 2000).

Figura 2: Classificação de petróleo baseada na densidade (Grau API)

Fonte: Machado (2012, p.11)

12

O petróleo apresenta uma solubilidade em água extremamente baixa, geralmente

menor do que 5 ppm (CAMPOS; LEONTSINIS, 1990). Logo, apenas uma pequena parte dos

hidrocarbonetos solúveis e dos vários sais minerais presentes no óleo são dissolvidos no meio

aquático, o que influencia no nível de toxicidade que esses compostos apresentam para

organismos aquáticos, uma vez que cerca de 10 a 40% dos componentes do petróleo são

recalcitrantes, ou seja, persistentes no ambiente (CARVALHO, 2006).

Quando emulsionado, ou seja, misturado com água, o óleo pode permanecer na

superfície do mar por horas ou até sete dias após o vazamento, de acordo com a viscosidade, a

fluidez, o volume vazado e as condições climáticas e oceanográficas (ITOPF, 1986).

2.1.3. Aplicações do petróleo e subprodutos

O aumento na demanda mundial por óleo cru é crescente, e está relacionado ao

aumento populacional e industrialização contínua nos países em desenvolvimento. Apesar do

aumento da consciência ambiental e preocupação com a exploração de recursos naturais

esgotáveis, a demanda anual sofre um aumento de aproximadamente 1,6% (“Annual Petroleum

Consuption”, 2013). De acordo com os dados do Petroleum Industry Research Associates

(PIRA Energy Group), estima-se que em 2025 ultrapasse 115 milhões de barris por dia.

As aplicações do petróleo bruto são limitadas, entretanto, a partir do refinamento e

etapas de destilação fracionada, extração, catálise e purificação é possível convertê-lo em uma

vasta diversidade de produtos e derivados, aplicáveis desde o setor de energia ao de produtos

químicos e de materiais (KIMURA, 2005), como pode ser observado na Figura 3.

12


Os derivados de petróleo podem ser classificados em energéticos e não energéticos. A

primeira categoria engloba os combustíveis, como GLP, gasolina A, gasolina de aviação,

querosene iluminante, QAV, óleo diesel e óleo combustível, enquanto que a segunda categoria

engloba graxas, lubrificantes, parafinas, asfaltos, solventes, coque, nafta, extratos aromáticos,

gasóleo de vácuo, óleos leves de reciclo, RAT, diluentes, n-parafinas, minerais betuminosos e

outros subprodutos (MACHADO, 2012). O sistema energético internacional é fortemente

dependente de combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás), sendo que o petróleo constitui a

principal fonte de energia mundial sem produtos substitutos próximos em toda a gama de usos

e aplicações, podendo atingir 27,5% da matriz energética até 2035 (BRITISH PETROLEUM,

2015).

Figura 3: Derivados de Petróleo e suas aplicações

12

2.1.4. Etapas da exploração e refino do petróleo

As atividades de extração, refinamento, estocagem e transporte representam um grande

risco ambiental devido à ocorrência de vazamentos rotineiros, derramamentos acidentais ou

intencionais (ITOPF, 2014).

A atividade de perfuração é realizada a partir de sondas de perfuração, constituídas de

tubulações de aço, broca e sondas, que permitem delimitar áreas com maior probabilidade de

existência de um campo de petróleo. Em alto mar, podem ser empregadas plataformas fixas ou

flutuantes, além de navios-sonda. Dentre os riscos envolvidos no trabalho de perfuração, pode-

se citar erupções de gás e óleo, as quais podem danificar os equipamentos de perfuração e

oferecem risco de explosão (KIMURA, 2005).

Após diversos estudos geológicos e geofísicos, ocorre a perfuração de poços de

prospecção e, caso o campo se revele economicamente viável, inicia-se a fase de produção, que

pode ser executada por sistemas flutuantes de produção (FPS – Floating Production Systems),

navios de grande porte com capacidade para produzir, processar e/ou armazenar até 200 mil

barris petróleo por dia (MACHADO, 2012).

O escoamento de petróleo, nacional ou importado, de campos produtores para

abastecimento das refinarias, é possibilitado a partir de dutos e terminais, pelos quais ocorre o

abastecimento da rede doméstica de distribuição de derivados produzidos (PETROBRAS,

1984).

O transporte pode ser realizado por sistemas constituídos de tubulações e estações de

bombeamento, navios petroleiros, rodovias ou até ferrovias. Os dutos utilizados no transporte

de petróleo e derivados podem ser classificados em terrestres ou submarinos, de acordo com o

local onde se encontram, e oleodutos ou gasodutos, de acordo com o produto transportado

(“Terminais e Oleodutos”, [s.d.]). Eles atravessam mares, mangues, reservas ecológicas e

regiões habitadas, elevando, assim, os riscos socioambientais associados ao transporte de

petróleo. Metade da produção mundial é transportada pelo mar, e estima-se que mais de 2

milhões de toneladas são perdidas anualmente por acidentes na manipulação com petróleo

(READMAN ET AL 1992).

Nas etapas de refino, o petróleo é separado em diferentes tipos de hidrocarbonetos por

meio de aquecimento progressivo do óleo e remoção de impurezas. Esse processo pode ser

dividido em quatro grandes grupos: processos de separação, conversão, tratamento e auxiliares.

12 Os produtos finais das estações e refinarias são comercializados com as distribuidoras

(CARDOSO, 2005).

2.1.5. Acidentes petrolíferos no mundo

As causas e circunstâncias de acidentes de vazamento de petróleo são variadas e

podem ter um efeito significativo no volume final de óleo derramado. Pequenos e médios

vazamentos correspondem a 95% de todos os incidentes registrados, dentre os quais, 40% e

29% corresponde, respectivamente, a ocorrências durante operações de carga e descarga que

normalmente acontecem em portos e terminais de óleo. Nesta categoria, 46% dos incidentes

ocorrem por falhas mecânicas ou furos no casco (ITOPF, 2014).

De acordo com os relatórios da base de dados The International Tanker Owners

Pollution Federation Limited (ITOPF), vazamentos maiores, superiores a 700 toneladas de

petróleo, são responsáveis por 5% de todos os incidentes registrados, e sua ocorrência diminuiu

drasticamente nos últimos 45 anos. Aproximadamente 50% dos grandes vazamentos,

registrados entre 1970 e 2014, ocorreram enquanto os navios estavam navegando em mar

aberto; colisões e aterramentos correspondem por 59% das causas desses acidentes. As mesmas

causas são responsáveis por uma porcentagem ainda maior de incidentes, nos casos em que se

navegava por águas interiores ou mares costeiros (ITOPF, 2014).

Nos últimos 70 anos, mais de 80 episódios de média e alta gravidade lançaram nos

mares e oceanos cerca de 7,4 bilhões de litros de petróleo, volume correspondente ao volume

de quase 3000 piscinas olímpicas. Os dez maiores desastres, verificados até 2010, respondem

por 68% desse total (BARBOSA, 2010) (Tabela 1).

12

Tabela 1: Os 10 maiores acidentes petrolíferos no mundo

Local Volume Contexto 1º Poço da BP (Guerra do

Golfo, Kuwait, Golfo Pérsico)

1 milhão e 360 mil toneladas (753 piscinas olímpicas)

O pior vazamento de petróleo da história foi provavelmente deliberado, causado pela abertura das válvulas dos poços e oleodutos por forças iraquianas após se retirarem do Kuwait, em janeiro de 1991. Causou enormes danos à vida selvagem no Golfo Pérsico.

2º Ixtoc I (Campeche, Golfo do México)

454 mil toneladas (251 piscinas olímpicas)

A plataforma mexicana Ixtoc 1 se rompeu na Baía de Campeche, em junho de 1979. A enorme maré negra afetou, por mais de um ano, as costas de uma área de mais de 1600km².

3º Poço Fergana Valley (Uzbequistão)


Um dos maiores acidentes terrestres já registrados, em março de 1992. A explosão de um poço no Vale da Fergana afetou uma das áreas mais densamente povoadas e agrícolas da Ásia Central.

4º Atlantic Empress (Tobago, Caribe)


Durante uma tempestade tropical, em julho de 1979, dois superpetroleiros gigantescos colidiram entre si próximos à ilha caribenha de Tobago. O acidente matou 26 membros da tripulação e despejou milhões de litros de petróleo bruto no mar.

5º Nowruz (Irã, Golfo Pérsico)


Durante a Primeira Guerra do Golfo, em fevereiro de 1983, um tanque colidiu com a plataforma de Nowruz, causando o vazamento diário de 1500 barris de petróleo.

6º ABT Summer (Angola) 260 mil toneladas (144 piscinas olímpicas)

O superpetroleiro Libéria ABT Summer explodiu na costa angolana em 28 de maio de 1991 e matou cinco membros da tripulação. Milhões de litros de petróleo vazaram no Oceano Atlântico, afetando a vida marinha.

7º Castillo de Bellver (África do Sul)


Depois de um incêndio a bordo, seguido de explosão, o navio espanhol rachou-se ao meio, liberando cerca de 200 milhões de litros do óleo na costa de Cape Town, na África do Sul (agosto de 1983). Por sorte, o vento forte evitou que a mancha alcançasse o litoral, minimizando os efeitos ambientais do desastre.

8º Amoco Cadiz (França) 223 mil toneladas (123 piscinas olímpicas)

Em março de 1978, o supertanque Amoco Cadiz rompeu-se ao meio perto da costa noroeste da França. O vazamento matou milhares de moluscos e ouriços do mar.

9º M T Haven (Itália) 144 mil toneladas (79 piscinas olímpicas)

O navio gêmeo do Amoco Cadiz, um superpetroleiro, explodiu e naufragou próximo à costa de Gênova, em abril de 1991, matando seus tripulantes. A poluição na costa mediterrânea da Itália e da França se estendeu pelos 12 anos seguintes.

10º Odyssey (Canadá) 132 mil toneladas (73 piscinas olímpicas)

O poço petrolífero, localizado na província canadense de Newfounland, explodiu durante uma operação de perfuração da plataforma americana Odyssey. Uma pessoa morreu e outras 66 foram resgatadas sem ferimentos.

Fonte: Elaborada pelo autor com base nos dados de BARBOSA (2010)

12

Muitos outros acidentes envolvendo vazamentos de petróleo em menor porte foram

registrados (EXAME, 2010). Um dos mais marcantes ocorreu em abril de 2010, após a explosão

da plataforma Deepwater Horizon no poço Macondo, no Golfo do México (EXAME, 2010).

Onze mil funcionários perderam a vida e aproximadamente 4 milhões e 900 mil barris (780

milhões de litros) de petróleo vazaram ao longo de 87 dias, afetando inúmeras praias e

ecossistemas sensíveis ao longo de 1200km da costa norte-americana (VIEGAS, 2010).

De acordo com dados do ITOPF, estima-se que entre 1970 e 2014 cerca de

5,74 milhões de toneladas de óleo foram perdidas como resultado de incidentes petrolíferos.

Entretanto, houve uma redução significativa no número de incidentes entre a década de 1970 e

2010, de uma média de 24,5 incidentes por ano para 1,8 incidentes por ano, respectivamente.

O volume de óleo derramado também sofreu uma redução drástica, de 287 mil toneladas no

acidente de 1980 da Atlantic Empress, para 11 mil toneladas no acidente de 2008 da Hebo Spirit

(ITOPF, 2014).

A melhoria nas operações que envolvem a exploração, transporte e armazenamento de

petróleo refletem claramente no número de acidentes, os quais vem ocorrendo em menor

número e gravidade nos últimos anos. No entanto, o risco de acidentes ainda permeia as

operações petrolíferas, e a contaminação de ecossistemas marinhos e costeiros é inevitável

(CRAIG et al., 2012). A implementação de leis que exijam planos de ação para controle de

acidentes e o desenvolvimento de tecnologias capazes de melhorar os instrumentos de resposta

a vazamentos de óleo são de extrema importância para reduzir o impacto ambiental e social

desses acidentes (PEREIRA; FREITAS, 2012).

2.1.6. Acidentes petrolíferos no Brasil

No Brasil, o primeiro registro de um acidente envolvendo petróleo se refere ao navio

Sinclair Petrolore, em dezembro de 1960, com vazamento estimado de 66,53 m³ de petróleo

no mar após explosão que o afundou, próximo da Ilha de Trindade, Espírito Santo. Outras três

ocorrências de grande magnitude foram registradas na década de 1970, no Canal de São

Sebastião (litoral paulista), envolvendo os petroleiros Takimyia Maru, em 1974, e Brazilian

Marina, em 1978, e na Baía de Guanabara (litoral carioca), com o petroleiro Tarik Ibn Zyiad,

em 1975. Os acidentes foram atribuídos a colisão dos navios petroleiros com rocha submersa,

12 e estima-se que, em cada um destes episódios, vazaram 6000 toneladas de petróleo (POFFO,

2000).

Um dos casos que causou maior repercussão, devido ao impacto ambiental causado,

foi o rompimento do oleoduto na Baia de Guanabara em janeiro de 2000, entre a Refinaria

Duque de Caxias e o Terminal da Ilha d’Água. O vazamento de 1,300 milhões de litros de óleo

resultou em uma mancha que se espalhou por 40 quilômetros quadrados, levando à

contaminação de praias, costões, manguezais, unidades de conservação e patrimônio histórico,

além de afetar a fauna local, representada por aves aquáticas e crustáceos, e a economia, baseada

em atividades de pesca, extrativismo e turismo. A Petrobras pagou uma multa de R$ 35 milhões

ao Ibama e investiu R$ 15 milhões na revitalização da baía (ANDRADE, 2014).

Em julho de 2000, a ruptura da junta de expansão de uma tubulação que ligava a

Refinaria Presidente Getúlio Vargas à Refinaria Araucária, da Petrobras, resultou no vazamento

de 4 milhões de litros de óleo cru, o qual se espalhou pelos rios Barigui e Iguaçu e atingiu a

cidade de Balsa, no Paraná (NAGAYASSU, 2006).

Em março de 2001, na Bacia de Campos em Macaé, Rio de Janeiro, duas explosões

em um tanque de óleo e gás da plataforma P-36 – na época, a maior em termos de produção de

petróleo em alto mar – resultaram no alagamento das instalações. A plataforma atingiu uma

inclinação de 16 graus e, apesar das tentativas de salvamento, naufragou levando cerca de 1,2

milhão de litros de óleo diesel e 350 mil litros de petróleo para o oceano, além de ocasionar a

morte de onze brigadistas. De acordo com a Comissão de Investigação da ANP da Diretoria de

Postos e Costas (DPC), a não conformidade quanto a procedimentos operacionais, de

manutenção e de projeto, foi responsável pelo vazamento, que se espalhou rapidamente por

uma distância de, aproximadamente, 150 quilômetros da costa (DPC/ANP, 2001).

Dados do Ibama mostram que, de 2010 a junho de 2014, ocorreram 285 acidentes

ambientais em plataformas, embarcações e refinarias da Petrobras. O volume de ocorrências

registradas subiu de 41, em 2010, para 74 no ano seguinte. Apesar de sofrer uma queda para 60

acidentes, em 2012, as ocorrências voltaram a crescer em 2013, chegando a 72 acidentes

(BRESCIANI; SASSINE, 2014).

Dentre esses acidentes, pode-se destacar o caso ocorrido em novembro de 2011, na

Bacia de Campos em Macaé (Rio de Janeiro), onde um poço de petróleo da empresa americana

Chevron foi responsável pelo vazamento de 588 mil litros de óleo no mar. As causas relatadas

pela ANP indicaram sete fissuras no poço e apontaram 25 falhas da Chevron, inclusive

12 descumprimento das regulamentações. O vazamento durou 10 dias e ocorreu a 120 quilômetros

da costa do Rio de Janeiro, em águas ultra profundas, sem qualquer ferimento aos operários da

sonda e resultou em uma mancha de óleo com 18 quilômetros de extensão (CABRAL;

TEIXEIRA, 2012).

2.1.7. Legislação no Brasil

No Brasil são legalmente previstos três tipos de planos (apresentados a seguir) para o

combate à poluição causada por lançamento de óleos derivados de petróleo em águas

brasileiras, que podem ser acionados de forma complementar e cujo suporte legal está contido

na Lei nº 9,966/2000, que dispõe sobre a prevenção, o controle e a fiscalização da poluição

causada por lançamento de óleo em águas sob a jurisdição nacional (AMORIM, 2012).

Plano de Emergência Individual (PEI), obrigatório para cada instalação, exigido

e aprovado no âmbito Licenciamento Ambiental.

Plano de Área (PA), consolidação de diversos Planos de Emergência Individuais

de empreendimentos localizados em determinada área geográfica, aprovado por

órgão de Licenciamento Ambiental.

Plano Nacional de Contingência (PNC), adotado em acidentes de maiores

proporções, onde a ação individualizada dos agentes não se mostra suficiente

para a solução do problema.

Através do Plano Nacional de Contingência são previstas ações envolvendo 17

ministérios, cujos objetivos envolvem a redução do tempo de resposta em caso de impactos

ambientais relevantes (DPC/ANP, 2001). O PNC é composto por uma autoridade nacional,

responsável por coordenar todas as suas atividades e representada pelo Ministério do Meio

Ambiente; um comitê executivo, responsável pela proposição das diretrizes para

implementação do Plano e composta pelo MMA (Ministério do Meio Ambiente), MME

(Ministério de Minas e Energia), Ibama (Instituto Brasileiro de Meio Ambiente), ANP (Agência

Nacional de Petróleo), MIN (Ministério da Integração Nacional) e MT (Ministério dos

Transportes); um Grupo de Acompanhamento e Avaliação (GAA), responsável pelo

acompanhamento de qualquer acidente, independente do porte, composto pela Marinha, pelo

Ibama e pela ANP; um Coordenador Operacional, designado pelo GAA para coordenar o

12 acompanhamento do acidente e, se necessário, propor o acionamento do PNC; e, por fim, um

Comitê de Suporte, que dará apoio aos demais quando demandado, composto por representantes

de diversos órgãos e instituições federais (POFFO, 2000).

A principal figura executiva é o coordenador operacional, responsável pelo comando

das ações imediatas ao acidente. No caso de incidentes de poluição por óleo em águas abertas

ou interiores, compreendidas entre a costa e a linha de base reta (a partir da qual se mede o mar

territorial), a Marinha assume o papel de coordenador operacional. Em incidentes ocorridos em

águas interiores, excetuando-se as águas compreendidas entre a costa e a linha de base reta, o

Ibama assume a coordenação. E, enfim, nos casos de incidentes ocasionados a partir de

estruturas submarinas de perfuração e produção de petróleo, a ANP é responsável pela

coordenação (AMORIM, 2012)

Desde a publicação da lei 9.966, em abril de 2000, apenas o acidente ocorrido no

Paraná, em julho daquele mesmo ano, a partir do qual 4 milhões de litros de óleo vazaram e

atingiram os rios Barigui e Iguaçu, apresentou características que justificariam o acionamento

do PNC. Os outros acidentes ocorridos no país, desde então, não apresentaram significância

para o acionamento do PNC, inclusive os recentes acidentes ocorridos no Campo de Frade

(operado pela Chevron) e na área do prospecto Carioca Nordeste (operado pela Petrobras), nas

bacias de Campos e Santos, respectivamente. O impacto causado no acidente do Campo de

Frade, em novembro de 2011, reativou a discussão do Plano, de forma a reavaliar seu texto e

incorporar procedimentos até então não previstos (CALIXTO, 2011).

2.1.8. Comportamento do óleo no mar

A partir da liberação do petróleo no ambiente marinho interações com a água do mar

levam a uma série de mudanças físicas e químicas. O espalhamento das manchas de óleo,

formadas nas primeiras horas de contato com o mar, depende do volume e viscosidade do

produto envolvido, além de outros fatores, como a dispersão mecânica, ocasionada pela

passagem de embarcações sobre as manchas. A dispersão de óleos leves, por exemplo, ocorre

nas primeiras 24-48 horas após o vazamento, enquanto que nos óleos pesados esse processo é

mais lento e pode se estender até 168 horas (ITOPF, 1986).

Alguns tipos de óleo formam emulsões imediatamente após o contato com a água do

mar, o que pode aumentar o volume do poluente de três a quatro vezes e atingir um teor de 70

12 a 80% de água em 24 horas. As emulsões resultam em alteração do aspecto e cor originais dos

produtos petrolíferos, retardando os processos que dissipam o óleo e tornando-o mais

persistente (IIDA et al., 2007).

As manchas de óleo podem se fragmentar em frações menores pelo processo de

dispersão, o qual varia de acordo com a viscosidade do produto envolvido e a tensão interfacial

óleo-água, estando sujeito à ventos, ondas e correntes marítimas. Dessa forma, óleos mais

fluidos, expostos às condições de mar agitado, podem se dispersar naturalmente em um a dois

dias, enquanto que produtos mais viscosos, que formam emulsões relativamente estáveis na

superfície da água, tendem a se dispersar menos e podem permanecer no mar por quatro a sete

dias (MORAIS, 2012).

O óleo, exposto à luz solar e em contato com o oxigênio, está sujeito ao processo de

oxidação, que ocorre mais facilmente em manchas pouco espessas. A reação dos

hidrocarbonetos com o oxigênio pode resultar em produtos solúveis ou, pelo contrário, outros

mais persistentes (CRUZ, 2012).

De acordo com a porcentagem de componentes voláteis presentes no produto e outras

propriedades, como o espalhamento na superfície do mar, aliados à temperatura do ar e da água,

umidade relativa do ar, velocidade dos ventos e correntes marinhas, a evaporação pode ocorrer

em menor ou maior extensão. Produtos leves, como gasolina e querosene, podem evaporar

rapidamente em poucas horas e, no entanto, apresentam alta toxicidade e oferecem riscos de

incêndios e explosões. Pelo contrário, produtos mais pesados devido ao alto teor de graxas

apresentam baixas taxas de evaporação e oferecem menores riscos à segurança operacional

(SZEWZYK, 2006).

A solubilidade do óleo na água depende tanto da composição química quanto de

fatores como espalhamento, velocidade de dispersão das manchas, turbulência do mar e

temperatura ambiente. Os hidrocarbonetos aromáticos se dissolvem mais facilmente em água,

no entanto, são voláteis e evaporam rapidamente. Já os componentes pesados do óleo são,

geralmente, insolúveis em água, resultando em baixa dissolução (CRAIG et al., 2012).

A adesão de partículas de sedimento ou da matéria orgânica ao óleo e produtos muito

densos, que sofrem grande influência climatológica e outros processos de interação, pode levar

à formação de pelotas ou placas de piches pesadas que afundam na coluna de água e depositam-

12 se no fundo do mar. Após turbulência do mar, ocasionada por chuvas e ventos fortes, essas

placas podem ressurgir em costas distantes da origem do vazamento (CETESB, 2008).

As frações menores formadas na dispersão do óleo podem ser mais facilmente

degradadas por microrganismos marinhos presentes na água do mar. Já no caso de sedimentos

aquáticos, a degradação é mais lenta devido à ausência de luz e oxigênio, principalmente no

interior de estuários, baías e enseadas abrigadas. Esse processo, denominado biodegradação,

pode ser afetado pela temperatura e disponibilidade de oxigênio e nutrientes (compostos de

nitrogênio e fósforo), e depende do número de microrganismos existentes no meio e sua

capacidade de utilizar os hidrocarbonetos presentes no petróleo como fonte de carbono e

energia para suas reações metabólicas (CALIXTO, 2011).

Dentre os processos mencionados para descrição do comportamento do petróleo no

mar, os mais importantes após a sua liberação são: espalhamento, evaporação, dispersão,

emulsificação e dissolução, que podem ocorrer em um a sete dias após o contato com a água.

Os processos de foto-oxidação e sedimentação podem ocorrer em até um mês após o contato

do produto com a água, enquanto que a biodegradação pode levar uma semana a um ano para

ocorrer. Eles são processos que, a longo prazo, determinam o destino final do óleo (POFFO,

2000).

2.1.9. Impacto nos organismos marinhos e costeiros

As manchas de óleo podem afetar diretamente os ecossistemas marinhos e costeiros,

por ação física, como recobrimento e asfixia, ou por ação química, pela toxidade dos

componentes químicos à fauna e flora. Seu efeito também pode ser indireto, pela interferência

em processos como fotossíntese, respiração e ciclagem de minerais (TOSCAN et al., 2012).

O recobrimento de animais e vegetais por óleos pesados e viscosos pode impedir as

trocas necessárias com o ambiente, como respiração, excreção, alimentação e fotossíntese,

assim como prejudicar a temperatura do organismo e sua locomoção (LOPES, 1998).

A toxidade de componentes do petróleo, como benzeno, tolueno e xileno (aromáticos),

é responsável pela mortalidade aguda, especialmente nos primeiros dias após o derrame. As

12 larvas e recrutas, por exemplo, são 100 vezes mais sensíveis ao óleo do que adultos

(FLOODGATE, 1984).

Dentre seus efeitos, pode-se mencionar a redução da quantidade de ovos com sucesso

de fertilização, ocasionando efeitos a médio prazo na reposição de indivíduos das populações e

desencadeando uma perturbação nos recursos alimentares de grupos tróficos superiores. A

redução na variedade de espécies e alteração na composição das espécies resistentes e

oportunistas, com aumento nas densidades populacionais, são, portanto, efeitos esperados nas

comunidades costeiras. Muitos desses compostos, como o benzopireno e benzantreno,

apresentam também comprovado efeito carcinogênico, o que os torna capazes de causar

tumores em diversos organismos (CALIXTO, 2011). Além disso, a absorção de compostos

tóxicos pelas mucosas e membranas biológicas, ou até a ingestão de água do mar contaminada,

pode levar à bioacumulação em altas concentrações nos organismos (CRUZ, 2012).

Muitos efeitos indiretos e sub-letais, como dificuldade na localização de presas,

problemas na percepção química e motora, inibição da desova, aborto, deformação de órgãos

reprodutores, perda de membros, alterações respiratórias, alterações na taxa de fotossíntese,

desenvolvimento de carcinomas, dentre outros, podem ocorrer a médio ou longo prazo, em

diferentes intensidades, ocasionando a redução das populações das espécies atingidas

(SZEWZYK, 2006).

2.2. BIORREMEDIAÇÃO

O termo biorremediação refere-se ao uso de microrganismos para detoxificar áreas

contaminadas por compostos biodegradáveis (CRAIG et al., 2012). Seu objetivo principal é

minimizar o impacto das substâncias persistente no ambiente, a partir da criação de condições

favoráveis ao crescimento e à atividade biológica. Na década de 80, as tecnologias de

biorremediação foram introduzidas como uma alternativa ambientalmente compatível e de

baixa toxicidade para a degradação de substâncias orgânicas e inorgânicas (MONTAGNOLLI,

2011).

A completa mineralização de poluentes, sem produzir resíduos ou subprodutos

recalcitrantes, aliada à grande variedade de microrganismos capazes de decompor

hidrocarbonetos são fatores que tornam a biorremediação uma alternativa ambientalmente

12 amigável e bastante promissora na limpeza e remoção de óleo. Diferentemente dos métodos

físico-químicos comumente empregados, não causa danos adicionais à comunidade marítima e

costeira (SOUZA, 2013).

2.2.1. Classificação

Os métodos de biorremediação podem ser classificados em métodos in situ e métodos

ex situ. O primeiro caso ocorre pela decomposição do poluente no local contaminado, sob

condições naturais, enquanto que, no segundo, o material poluente é removido para ser tratado

em outro local, o qual pode apresentar desvantagens, como aumento do tempo e custo do

processo, exposição ao contaminante e danos ao ambiente (ANGELIM et al., 2013).

Os métodos in situ podem ocorrer pela utilização de microrganismos livres,

imobilizados ou apenas dos produtos desses microrganismos. De acordo com a técnica

empregada, pode-se dividir em biorremediação passiva, bioestimulação, bioventilação,

aplicação de células ou enzimas imobilizadas ou aplicação direta de biossurfactantes e

bioamplificação, cuja eficiência pode variar em função de três fatores principais: composição

microbiana, características do contaminante e condições físicas e químicas da área contaminada

(EMTIAZI et al., 2005).

2.2.2. Técnicas empregadas

A escolha do método de limpeza a ser empregado deve levar em conta as

características e sensibilidades do ecossistema impactado, além do tipo e volume de óleo

derramado e fatores técnicos, tais como acesso e tipo de equipamento passível de ser utilizado

(OKOH; TREJO-HERNANDEZ, 2006).

Na biorremediação passiva a degradação é promovida naturalmente pelos

microrganismos indígenas do meio, um método de baixo custo e simples, que ocorre a uma

baixa taxa reacional, podendo levar até um ano para se completar (VIDALI, 2011).

No caso da bioestimulação ocorre a adição de nutrientes como nitrogênio, enxofre e

fósforo ao sítio contaminado, nutrientes essenciais para a multiplicação celular e crescimento

12 dos microrganismos indígenas que, no entanto, estão presentes em menos de 3% da composição

de hidrocarbonetos de petróleo (CAMEOTRA; SINGH, 2008).

A bioventilação é caracterizada pela adição de gases como oxigênio e metano ao meio

através de plantas, que servem como substrato para os microrganismos, aumentando a eficiência

de degradação aeróbica na subsuperfície (TONINI; DE REZENDE; GRATIVOL, 2010).

Os microrganismos produzem enzimas específicas que podem atuar nas reações de

degradação de contaminantes, contribuindo para a detoxificação de áreas poluídas. Logo, a

aplicação dessas enzimas imobilizadas ao meio contaminado permite que microrganismos

incapazes de sintetizá-las possam efetuar essas reações metabólicas, aumentando assim a

eficiência no processo de conversão dos hidrocarbonetos (HOMMEL, 1990).

Outra forma de aumentar a taxa de degradação de compostos do petróleo é pela

aplicação direta de biossurfactantes ao meio, de forma a modificar características dos

hidrocarbonetos como baixa solubilidade e elevada hidrofobicidade, aumentando a

disponibilidade de substratos insolúveis e facilitando seu deslocamento pela membrana celular

dos microrganismos (SILVA et al., 2014).

O método de bioamplificação é uma das tecnologias mais bem sucedidas, que ocorre

pela inoculação de sítios contaminados com culturas de microrganismos hidrocarbonoclásticos

específicos, os quais são semeados pela área contaminada em grande quantidade, a fim de

acelerar a eficiência do processo de biodegradação (CRAIG et al., 2012). Entretanto, a biomassa

microbiana é produzida em biorreatores sob condições ótimas, completamente diferentes dos

fatores bióticos e abióticos do local contaminado. Para que esse método seja eficaz, é necessário

utilizar microrganismos que sejam funcionalmente ativos sob condições adversas e possam se

adaptar a ambientes inóspitos (SZEWZYK, 2006).

Dentre as abordagens utilizadas no método de bioamplificação pode-se citar o uso de

microrganismos engenheirados, bioamplificação de genes e microrganismos indígenas, além

da imobilização de células em suportes poliméricos (ANGELIM et al., 2013).

2.2.3. Mecanismo da degradação de hidrocarbonetos de petróleo

A degradação de hidrocarbonetos pode ocorrer por três vias metabólicas: respiração

aeróbia, respiração anaeróbia e via fermentativa (DÍAZ, 2004).

12

Grande parte dos poluentes orgânicos é degradada mais rapidamente e completa sob

condições aeróbicas, quando o oxigênio é o aceptor final de elétrons. A Figura 4 apresenta as

etapas do processo degradativo.

Fonte: Das; Chandran (2011)

Primeiramente, ocorre um ataque intracelular dos poluentes orgânicos que depende de

reações enzimáticas de ativação e incorporação de oxigênio, catalisadas por oxigenases e

peroxidases. Quando há a incorporação de uma molécula de oxigênio, a enzima monoxigenase

ataca os substituintes metil do hidrocarboneto, permitindo a degradação de tolueno e xilenos.

Caso haja a incorporação de duas moléculas de oxigênio, a reação de ataque a anéis aromáticos

é realizada pela dioxigenase, o que permite a degradação do benzeno (MONTAGNOLLI,

2011).

Figura 4: Etapas do processo de degradação aeróbica de hidrocarbonetos de petróleo

12

Em seguida, reações de degradação periféricas convertem o material orgânico, passo

a passo, em intermediários de vias metabólicas centrais, como o ciclo do ácido tricarboxílico.

A biossíntese de biomassa celular ocorre a partir de metabólitos precursores, como acetil-coA,

sucinato e piruvato, a partir de açúcares sintetizados por glucogênese (FIELD et al., 1995).

A função de aceptor final de elétrons pode ser desempenhada por outros substratos

inorgânicos, como ocorre na respiração anaeróbia. Neste caso, o CO2 é reduzido a metano,

sulfato é reduzido a sulfeto e nitrato a nitrogênio molecular ou íon amônio. Quando substratos

fosforilados tem a função de aceptores finais de elétrons, a degradação ocorre por via

fermentativa e resulta em compostos como CO2, acetato, etanol, propionato e butirato

(ENGLERT; KENZIE; DRAGUN, 1993).

A adesão de células microbianas ao substrato e a produção de biossurfactantes são

alguns dos mecanismos envolvidos no processo de degradação. Apesar de não se conhecer o

mecanismo associado à adesão das células a gotículas de óleo, a produção de biossurfactantes

é amplamente estudada (HOMMEL, 1990).

Biossurfactantes pertencem ao grupo de substâncias tensoativas produzidas por

microrganismos, capazes de reduzir a tensão superficial de misturas aquosas de

hidrocarbonetos, aumentando o acesso de microrganismos ao substrato e facilitando a

ocorrência de reações de degradação (OLIVEIRA, 2010).

A formação de estruturas globulares a partir de agregados de moléculas anfipáticas

(que apresentam simultaneamente características polares e apolares), denominadas micelas,

permite que os hidrocarbonetos se solubilizem em água. Elas atuam no remanejamento

molecular, através do acúmulo na superfície de compostos insolúveis, modificando as ligações

de hidrogênio, assim como outras interações hidrofílicas e hidrofóbicas, o que leva a um

aumento da biodisponibilidade de substrato e, consequentemente, aumento da

biodegradabilidade (EMTIAZI et al., 2005). A Figura 5 apresenta a estrutura dos

biossurfactantes e o mecanismo de ação de micelas.

12


Os biossurfactantes podem ser divididos em lipopolissacarídeos, lipopeptídeos,

glicolipídeos, fosfolipídeos, ácidos graxos e lipídeos neutros. Os glicolipídeos, hidróxi-ácidos

graxos ligados a molécula de açúcar por ligação glicosídica, se dividem ainda em trealose,

soforolipídeos e ramnolipídeos (SOUZA, 2013). A Tabela 2 apresenta alguns tipos de

biossurfactantes produzidos por microrganismos.

Figura 5: Estrutura dos biossurfactantes e formação de micelas

12

Tabela 2: Biossurfactantes produzidos por microrganismos


A demanda mundial de surfactantes aumenta a uma taxa de 35% ao ano (KIM et al.,

2000). Atualmente, a grande maioria dos surfactantes quimicamente sintetizados são derivados

do petróleo, o que, diante do aumento na consciência ambiental, torna crescente o interesse por

surfactantes biodegradáveis e produzidos por microrganismos. No entanto, o maior obstáculo

na produção e aplicação de biossurfactantes é o alto custo de produção, que faz com que essas

substâncias não sejam capazes de competir economicamente com os surfactantes químicos do

mercado (NITSCHKE; PASTORE, 2002).

2.2.4. Microrganismos utilizados na biorremediação

A escolha do microrganismo é um dos principais fatores que afeta a eficiência de todos

os métodos. No entanto, o crescimento celular e a degradação de contaminantes estão sujeitos

12 a fatores bióticos e abióticos que limitam a viabilidade celular, tais como: variações de

temperatura (ou temperaturas extremas), pH, disponibilidade de oxigênio dissolvido, salinidade

(condição osmótica), necessidades nutricionais, toxicidade e concentração do poluente,

competição (intra e interespécie), predação (por protozoários) ou parasitismo entre espécies

nativas e introduzidas, presença de substâncias que inibam o crescimento celular, dentre outras

(GOLDSTEIN; MALLORY; ALEXANDER, 1985).

Comparando-se com culturas puras, as culturas mistas apresentam eficiência superior

e maior versatilidade metabólica, devido à capacidade de degradar uma variedade maior de

hidrocarbonetos e compostos presentes no petróleo, além de satisfazer as relações de

cooperação ou sintrofismo de alguns microrganismos (ANGELIM et al., 2013)

Alguns gêneros microbianos frequentemente encontrados em ambientes contaminados

por petróleo, que apresentam um bom desempenho na decomposição de substratos complexos,

são Acinetobacter, Actinobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Berjerickia,

Flavobacterium, Methylosinus, Mycobacterium, Mycococcus, Nitrosomonas, Nocardia,

Penicillium, Phanerochaete, Pseudomonas, Rhizoctonia, Rhodococcus, Serratia,

Sphingomonas, Trametes e Xanthobacter (OKOH; TREJO-HERNANDEZ, 2006). April, Foght

e Currah (1999) analisaram 64 espécies de fungos filamentosos pela sua capacidade de degradar

petróleo bruto, dentre as quais diversas cepas de fungos e actinomicetos foram

comprovadamente eficazes.

Algumas características desejáveis para que as reações de degradação de

contaminantes sejam eficazes são: a presença de microrganismos em densidades apropriadas

para degradar os compostos alvos, acessibilidade do substrato (poluentes) de forma que possa

ser utilizado como fonte de carbono e energia, presença de um indutor para causar a síntese de

enzimas específicas para atuar sobre substratos específicos, a presença de sistema de elétrons

aceptores e doadores, condições ambientais favoráveis à catálise enzimática das reações (pH e

umidade) e desfavoráveis ao crescimento de espécies competitivas às desejadas,

disponibilidade de nutrientes necessários para o crescimento microbiano e produção enzimática

(nitrogênio e fósforo são essenciais), faixas de temperatura adequadas para atividade

enzimática, ausência de substâncias tóxicas (VIDALI, 2011).

As bactérias desempenham um papel crucial na constituição da biosfera e em ciclos

biogeoquímicos, não só pela abundância desses microrganismos e alta taxa de crescimento, mas

também pela capacidade de transferir seus genes para células que não são descendentes

(transferência lateral), o que permite que elas evoluam rapidamente – como vêm fazendo há 3

12 bilhões de anos – e se adaptem facilmente a mudanças ambientais extremas (DÍAZ, 2004). A

vasta diversidade genética contribuiu para uma ótima versatilidade metabólica, o que permitiu

que as bactérias desenvolvessem diversas estratégias para a obtenção de energia a partir de,

praticamente, todo tipo de composto (LOVLEY, 2003).

Apesar da grande variedade de microrganismos capazes de degradar contaminantes

aerobiamente, muitos ambientes contaminados não possuem oxigênio suficiente para que essas

reações ocorram, tais como aquíferos, rios, mares, solos submersos, dentre outros. Nesses

ambientes, a biodegradação é conduzida por microrganismos anaeróbios restritos ou

facultativos, a partir de aceptores de elétrons alternativos, como nitrato (organismos

desnitrificantes), sulfatos (redutores de sulfato), Fe3+ (redutores ferro-iônicos), CO2

(metanogênicos), ou outros (clorato, Mn, Cr, U, etc.). A utilização de aceptores de elétrons

diferentes do oxigênio depende da disponibilidade dos aceptores de elétrons alternativos e da

competitividade entre microrganismos com diferentes capacidades respiratórias por doadores

de elétrons (TONINI; DE REZENDE; GRATIVOL, 2010). A Figura 6 apresenta as diferentes

formas de aproveitamento de compostos aromáticos para o metabolismo de diferentes

microrganismos:

Fonte: Díaz (2004)

Figura 6: Degradação microbiana de compostos aromáticos por reações com diferentes aceptores de elétrons.

12

O sulfato, por exemplo, é um grande aceptor de elétrons para degradação anaeróbia de

contaminantes em ambientes marinhos, devido à alta concentração de sulfato em água do mar.

Já a redução de ferro (III) é um mecanismo de oxidação de matéria orgânica mais frequente na

subsuperfície desses ambientes (WIDDEL; RABUS, 2001). A degradação de anéis aromáticos

utilizando nitrato de ferro (III) como aceptor final de elétrons é quase tão eficiente,

energeticamente, quanto as reações que utilizam o oxigênio. No entanto, a redução de sulfato e

metano costuma ser muito menos energética, o que torna o rendimento celular relativamente

baixo (FIELD et al., 1995b).

As espécies capazes de realizar fermentação estão sujeitas a uma relação sintrópica,

cuja biodegradação se torna energeticamente favorável apenas quando essas espécies estão

associadas a bactérias metanogênicas ou redutoras de sulfato, que utilizam os metabólitos

produzidos ao longo da quebra de compostos aromáticos realizada por microrganismos

fermentadores (DÍAZ, 2004).

Bactérias fotossintéticas obtém energia a partir de reações envolvendo a radiação solar.

A degradação anaeróbia de compostos aromáticos forma metabólitos intermediários como

acetil-coA, o qual é usado em reações metabólicas de biossíntese (LOVLEY, 2003).

Alguns compostos aromáticos podem servir de aceptores de elétrons, ao invés de

doadores em reações de biorremediação (PEREIRA; FREITAS, 2012). Assim, um importante

tipo de reação é a decloração redutiva, na qual bactérias removem cloretos de contaminantes,

como solventes clorados e PCBs1, pela utilização desses compostos como aceptores de elétrons

por dehalogenação (FETZNER, 1998).

2.2.5. Biorremediação com células imobilizadas

Os primeiros relatos do uso de células aprisionadas em diversos tipos de suportes para

utilização em aplicações ambientais são relativamente recentes, iniciados por Chevalier e Noue

1 Bifenilpoliclorado corresponde a uma classe de compostos organoclorados, formados por anéis

aromáticos com átomos de cloro, ligados por ligação simples carbono – carbono.

12 (1985), que utilizaram microalgas imobilizadas em carragenana2 para o tratamento de águas

residuais.

Desde então foi estudado o encapsulamento ou aprisionamento de diversas espécies

microbianas com diferentes aplicações, tais como linhagens de fungo encapsulados para

biocontrole e biodegradação, microalgas encapsuladas para o sequestro de metais e remoção de

nutrientes de resíduos em ambientes aquosos, ou até bactérias aprisionadas para a captura e

degradação de compostos tóxicos. Dentre as principais vantagens de se utilizar microrganismos

ou enzimas imobilizados na biorremediação (CARVALHO, 2006), cita-se:

a. Segurança na introdução de um fator “novo” ao meio ambiente, limitando sua reação

somente ao sítio-alvo a ser atingido, e impedindo sua proliferação descontrolada no

meio.

b. Redução de custo, pois não ocorrem perdas ocasionadas pela diluição em ambientes

aquáticos abertos e as células ou enzimas permanecem restritas à interface

óleo/água;

c. Redução da possibilidade de contaminação do inóculo durante estocagem,

transporte e aplicação;

d. Possibilidade de produzir células em grandes quantidades e estocar por longos

períodos, devido ao estado liofilizado;

e. Grânulos (ou beads) produzidos com materiais poliméricos naturais são

biodegradáveis, ambientalmente amigáveis e não são tóxicos;

f. O suporte de imobilização fornece proteção aos fatores ambientais bióticos e

abióticos, aumentando a taxa de sobrevivência das células ou enzimas imobilizadas;

g. Aumento da atividade metabólica ou enzimática das células ou enzimas

encapsuladas;

h. Liberação lenta de células com reduzido movimento pelo solo, a partir do transporte

induzido pelo fluxo de água;

i. Aumento da estabilidade celular.

No entanto, existem ainda algumas desvantagens que devem ser previamente

analisadas para que a escolha do método seja eficaz e os efeitos do petróleo nos ambientes

2 Polissacarídeo sulfatado extraído de algas, utilizado principalmente na indústria alimentícia, de cosméticos e têxtil.

12 marinho e costeiro não se alastrem mais ainda. As cápsulas podem restringir a solubilidade de

gases e solutos, diminuindo o coeficiente de transferência volumétrico de oxigênio dissolvido

(kLa), o que pode afetar as vias metabólicas principais responsáveis pela degradação de

hidrocarbonetos. A redução nas velocidades de consumo de oxigênio pode causar alterações

metabólicas cujo efeito, quando negativo, limita a atividade celular no meio aquoso. Outro fator

é a necessidade de aplicações repetidas dos grânulos com células imobilizadas, uma vez que

não ocorre a formação de colônias estáveis fora deles (CARVALHO, 2006).

Em estudos conduzidos por Wilson e Bradley (1996), Pseudomonas sp. foram

utilizadas livres em suspensão e imobilizadas para degradar petróleo em solução aquosa. Os

resultados indicaram que a imobilização provocou um aumento da área de contato entre células

e os hidrocarbonetos, além de aumentar a produção de ramnolipídeos, que causaram uma maior

dispersão de n-alcanos insolúveis na fase aquosa pela redução da tensão superficial. A maior

interação entre células com pequenas gotículas de hidrocarboneto solubilizadas permitiu uma

assimilação mais rápida, aumentando a taxa de degradação.

2.3. IMOBILIZAÇÃO DE CÉLULAS E ENZIMAS

O processo de imobilização celular ou enzimática consiste em sua contenção em

suportes neutros capazes de preservar suas propriedades funcionais, obtendo-se, assim, uma

maior eficiência e produtividade em reações e melhorias em processos biotecnológicos. A

aplicação de técnicas de imobilização proporciona reutilização das enzimas e células, facilita a

separação de produtos, aumenta a estabilidade em solventes orgânicos e se mostra vantajosa

para células submetidas a condições adversas (ANGELIM et al., 2013).

Os principais métodos de imobilização de células ou enzimas são: adsorção, ligação

covalente, encapsulação, aprisionamento e ligação cruzada (WOODWARD, 1988), como pode

ser observado na Figura 7.

12

Fonte: Carvalho (2006)

Dentre os métodos físicos para imobilização, se destacam adsorção em uma matriz

insolúvel em água, aprisionamento em gel e encapsulação (ou microencapsulação) com

membrana sólida ou líquida. Os métodos químicos incluem adsorção a matriz insolúvel em

água, ligação covalente e ligação cruzada (utilizando um reagente multifuncional de baixo peso

molecular ou substâncias neutras como proteínas) (KRAJEWSKA, 2004).

Todos os métodos oferecem vantagens e desvantagens, e nenhum é adequado para

todas as células e enzimas, devido às diferentes características bioquímicas e composições,

propriedades dos substratos e aplicações dos suportes (MATEO et al., 2007).

A adsorção é um método simples, de baixo custo e efetivo, que ocorre geralmente pela

circulação de inóculo por biorreator até que a biomassa cresça no material de suporte e esteja

retida no reator. A principal desvantagem desta técnica é que qualquer mudança nas condições

do biorreator, como força iônica, pH e taxa de agitação, pode afetar drasticamente o grau de

adsorção, revertendo, assim, a imobilização. Além disso, polímeros de troca iônica geralmente

Figura 7: Principais Métodos de imobilização celular ou enzimática

12 possuem uma baixa capacidade de adesão, entre 10 a 50 mg/g para células microbianas

(WOODWARD, 1988).

O método de aprisionamento baseia-se na imobilização de células microbianas nos

interstícios de polímeros em gel de ocorrência natural, como alginato, carragenana, quitina e

quitosana, o que torna este método simples e seguro. Ele pode ser realizado pela solubilização

do polímero em um ácido orgânico diluído, como ácido acético ou ácido fórmico, para formação

de uma solução em gel que pode ser adicionada à biomassa microbiana antes da etapa de

coagulação em álcali ou soluções ionotrópicas. Esse procedimento permite a produção de

biomateriais em diferentes configurações geométricas, tais como grânulos, filmes ou

membranas (ANGELIM et al., 2013).

Outra técnica para imobilização por aprisionamento consiste em adicionar o gel, gota

a gota, a um agente endurecedor, resultando na formação de grânulos de 2 a 5 mm de diâmetro.

Scott (1987) descreve um aparato (Figura 8) composto por um reservatório pressurizado e

agitado que, através de um tubo flexível, transfere a solução de gel (incluindo microrganismos

e outros aditivos) a um pequeno bocal (como uma agulha de seringa), que vibra a uma

determinada frequência para produzir um fluxo de gotículas de gel monodispersas.

Fonte: Scott (1987)

Figura 8: Arranjo experimental para produção de grânulos monodispersos

12

A frequência de vibração é ajustada de acordo com o diâmetro (que varia em até 10%)

e as propriedades da solução de gel, logo, para fluxo de 0,10 mL/s de 4% k-carragenana e

vibração de 190 Hz obteve-se grânulos de 1,96 mm de diâmetro, enquanto que, a um fluxo de

0,37 mL/s e vibração de 250 Hz, o diâmetro médio foi de 2,33 mm (SCOTT, 1987).

Aos métodos de aprisionamento e microencapsulação estão associados problemas de

difusão. Outras técnicas, como ligação covalente e ligação cruzada, são efetivas e duráveis, mas

podem ter custo elevado e afetar o desempenho das enzimas. Portanto, as condições ideais de

imobilização para uma determinada célula e aplicação são determinadas empiricamente, de

modo a garantir a maior retenção possível, alta atividades enzimáticas e crescimento celular,

estabilidade operacional e durabilidade (WOODWARD, 1988).

2.3.1. Suportes para imobilização

Diversos polímeros sintéticos (poliacrilamida, polietilenoglicol e poliuretano) e

naturais (alginato, carragenana, ágar, colágeno, quitina e quitosana) são empregados como

matrizes para imobilização de células e enzimas, no entanto a busca por tecnologias limpas e

biocompatíveis torna a utilização de polímeros naturais tema de diversas pesquisas (PEREIRA,

2014). A escolha do suporte e dos procedimentos metodológicos adequados à imobilização

depende de uma série de fatores, como propriedades das células ou enzimas e dos substratos,

condições físico-químicas das reações, produto de interesse, escala do processo, dentre outros

(VAN DE VELDE et al., 2002, apud CARVALHO, 2006 p. 16).

Os suportes podem ser orgânicos (naturais ou sintéticos) e inorgânicos (minerais ou

sintéticos), e são classificados ainda em porosos e não porosos. Suportes porosos podem ter

poros de tamanho controlado, ser de ampla distribuição ou de estrutura de gel. Nos suportes

não porosos a fixação ocorre na superfície em contato imediato com o meio externo, onde os

efeitos de difusão são mínimos, possibilitando a reação de grande quantidade de substrato. Uma

desvantagem é a baixa relação área/volume, o que limita a fixação em suportes não porosos,

comparativamente com porosos (SCHOFFER, 2013).

Dentre as características desejáveis para os suportes empregados na imobilização de

células ou enzimas podemos citar insolubilidade em água, alto peso molecular, não ser tóxico

para as células, apresentar alta retenção de microrganismos, ser química e bioquimicamente

inerte, possuir alta resistência mecânica, possibilitar alta difusividade de reagentes e produtos

12 formados, ter uma grande área superficial, ser biodegradável e de baixo custo (KRAJEWSKA,

2004).

A quitosana é um polímero natural muito promissor para imobilização de células, o

que ocorre por ser um material biodegradável, inerte, atóxico, e amplamente disponível na

natureza. No entanto, poucos estudos envolvendo aprisionamento de células em matriz de

quitosana foram registrados, provavelmente pela ação antimicrobiana do material e pela

capacidade de alguns microrganismos para produzir enzimas degradadoras de quitosana

(BORGOGNONI; POLAKIEWICZ; PITOMBO, 2006)

2.3.1.1.Quitina e Quitosana: características e aplicações

A quitina (Figura 9) é o biopolímero mais abundante na natureza, depois da celulose.

Esse homopolissacarídeo linear é composto por unidades de N-acetil-D-glucosamina (ou 2-

acetoamido-2-deoxi-D-glicose) em ligações β (1 4). O processo de N-desacetilação da

quitina, seja por tratamento alcalino com bases fortes ou por métodos microbiológicos na parede

celular de alguns fungos, origina a quitosana (Figura 10), um heteropolissacarídeo constituído

por resíduos de N-acetil-D-glucosamina e D-glucosamina (ou 2-amino-2-deoxi-D-glicose),

unidos entre si por ligações β (1 4) (PETER, 1995).

Este polímero apresenta propriedades químicas e biológicas distintas: em suas cadeias

de poli-D-glucosamina, de alta massa molecular, existem grupos amino e hidróxido reativos,

suscetíveis a modificações químicas. Esses grupos tornam a quitosana em um dos poucos

eletrólitos catiônicos encontrados na natureza. A característica básica desse polímero o torna

solúvel em meio aquoso ácido (pH menor que 6,5) e, quando dissolvido, apresenta alta carga

positiva nos grupos –NH3+, os quais aderem a superfícies carregadas negativamente e permite

que se agregue a compostos polianiônicos (KRAJEWSKA, 2004).

12

Fonte: Borgognoni, Polajiewicz, Pitombo (2006)

Fonte: Borgognoni, Polajiewicz, Pitombo (2006)

O grau de acetilação, proporção de unidades de N-acetil-D-glucosamina em relação ao

número total de unidades, é inferior a 50% em polímeros de quitosana, permitindo a distinção

entre quitina e quitosana (SCHOFFER, 2013).

A excelente propriedade de formação de gel da quitosana, aliada à

biocompatibilidade, biodegradabilidade, atoxicidade, alta afinidade a proteínas, propriedades

hemostáticas, fungicida, antitumoral, e anticolesterol, garantem à quitina e quitosana um grande

espectro de aplicações para esses biopolímeros (KHONDEE et al., 2015), as quais são

apresentadas na Tabela 3.

Figura 9: Estrutura química da quitina

Figura 10: Estrutura química da quitosana

12

Tabela 3: Aplicações de quitina e quitosana

Área Aplicação Agricultura Fertilizantes

Liberação controlada de agroquímicos Defensivos agrícolas

Biomédica Biomembranas artificiais Lentes de contato Sutura cirúrgica

Biotecnologia Agente antimicrobiano Biossensores Cromatografia (purificação) Imobilização de enzimas e de células Separação de proteínas

Cosmética Bactericida Fungicida Umectante

Farmacêutica Agente cicatrizante Aditivo de medicamentos Controle de colesterol Liberação controlada de drogas

Indústria de Alimentos Aditivos alimentares Espessante Embalagem biodegradável para alimentos Preservante Nutrição animal

Indústria Fotográfica Filmes Indústria Têxtil e de Papel Tratamento de superfície Tratamento de Efluentes Floculante e coagulante

Remoção de íons metálicos Remoção de corantes

Fonte: Adaptado de Carvalho (2006)

Apesar de ambos os polímeros possuírem diversas aplicações, nas mais diversas áreas,

a quitosana desperta um maior interesse devido à alta solubilidade, o que amplia as

possibilidades de sua utilização. Por ser biocompatível, biodegradável, pouco tóxica aos

mamíferos e abundantes na natureza, a quitosana tem sido foco de muitos estudos (KUMAR,

2000).

12

2.3.1.2.Métodos de obtenção de quitina e quitosana

A quitina é um dos mais abundantes recursos orgânicos renováveis do planeta,

encontrado naturalmente na carapaça de crustáceos, no exoesqueleto de insetos e na parede

celular de alguns fungos. Esse material está disponível em sua forma bruta nos resíduos sólidos

do processamento de frutos do mar em diversos países. Já a quitosana pode ser obtida pela

desacetilação da quitina, embora seja encontrada naturalmente na parede celular de alguns

fungos (PEREIRA, 2014).

No Brasil, um país de vasto litoral, grande potencial hídrico e dotado de uma grande

biodiversidade de fauna marinha, estima-se que a produção anual de camarão por carcinicultura

chegue a 100 mil toneladas o que permite a grande produção de quitina no país (ORMOND et

al., 2004).

O processamento do camarão consiste primeiramente na etapa de descasque, de forma

a eliminar a cabeça e casca do animal, correspondentes a aproximadamente 40% do seu peso

total. Esse processo gera grandes quantidades de resíduos sólidos, compostos por cerca de 70 a

75% de água (CARVALHO, 2006).

No processo de obtenção da quitina a partir de casca de camarão desenvolvido por

Wang et al. (2001), utilizando-se 700mL de solução de hidróxido de sódio a 6% para 10g de

casca de camarão, ocorre primeiramente a saponificação dos ácidos graxos e a hidrólise das

proteínas presentes na casca. Obteve-se 7,0g de quitina, a qual foi tratada com 700mL de

solução a 10% de ácido clorídrico para que ocorresse a desmineralização. Para a extração

alcalina da quitosana, pela remoção do grupo acetil da quitina (Figura 11), 4g do material

resultante na desmineralização reagiu com 800mL de solução de hidróxido de sódio a 50%, sob

aquecimento a 120ºC e agitação por 3 horas. Obteve-se uma substância facilmente solúvel em

água, cujos grupos catiônicos podem interagir com materiais hidrofóbicos e aniônicos,

denominada quitosana, com grau de desacetilação de 50% (BORGOGNONI; POLAKIEWICZ;

PITOMBO, 2006).

12

Fonte: http://sigmaaldrich.com

No entanto, ao longo do processamento do resíduo de camarão para obtenção de

quitosana, minerais e proteínas dos tecidos são quimicamente extraídos e drenados, de forma

que apenas 10% de material seco da matéria prima é recuperado como quitosana. Isso significa

que para cada quilo de quitosana produzido, aproximadamente 3 kg de proteína é desperdiçado

(GILDBERG; STENBERG, 2001).

As proteínas presentes na casca do camarão podem ser hidrolisadas e recuperadas por

tratamento com alcalase, um preparado de proteases, resultando em um hidrolisado composto

por peptídeos bioativos. Gildberg e Stenberg (2001) desenvolveram um processo empregando

alcalase para o aproveitamento de resíduos de camarão na produção comercial de quitosana, no

qual obteve-se 26,5% de massa seca a partir dos resíduos de camarão, dentre os quais 74%

correspondentes a matéria orgânica (proteínas e quitina) e 26% a minerais. Nesse processo, a

casca de camarão passou por tratamento alcalino, hidrólise, desmineralização, desproteinação

e desacetilação, obtendo-se, por fim, quitosana com grau de desacetilação de 50%. A

quantidade de astaxantina3 recuperada no precipitado foi de 40%, dez vezes maior do que o teor

normalmente encontrado em uma refeição composta por camarão. O processo é apresentado na

Figura 12.

3 A astaxantina é um carotenoide que não se converte em vitamina A no corpo humano, com ação

antioxidante e fórmula molecular C40H52O4.

Figura 11: Desacetilação da quitina por tratamento alcalino para formação de quitosana

12

Fonte: Gildberg e Stenberg (2001)

2.3.1.3.Métodos de preparo de suporte de quitosana

Os principais métodos de preparação de gel de quitosana podem ser divididos em

quatro grupos: método de evaporação de solvente, método de neutralização, método de ligações

cruzadas e método de gelatinização ionotrópica (SCHOFFER, 2013).

O primeiro método é principalmente empregado na preparação de membranas e filmes,

aplicados posteriormente no preparo de superfícies enzimáticas ativas, depositadas nas

extremidades de eletrodos (PETER, 1995). Uma solução de quitosana em ácido orgânico pode

ser aplicada à extremidade de um eletrodo para secar a 65ºC e, enquanto isso, a membrana/filme

é normalmente neutralizada com uma solução diluída de NaOH, para evitar desintegração em

pH menor que 6,5. Pode-se misturar, também, um agente de ligação cruzada à solução inicial

de quitosana, antes da secagem (KHONDEE et al., 2015). As enzimas podem ser imobilizadas

na superfície do filme por adsorção e reticulação, ou ligação covalente, ou até adicionadas na

solução inicial de quitosana (KRAJEWSKA, 2004).

Figura 12: Fluxograma do processo para aproveitamento de resíduos de camarão

12

Já o método de neutralização é explorado para a produção de precipitados de quitosana,

membranas, fibras e, mais especificamente, grânulos esféricos de diferentes tamanhos e

porosidades. O princípio deste método consiste na adição gota a gota de uma solução ácida de

quitosana a uma solução de NaOH, comumente preparada em misturas água-etanol nas quais o

etanol, um não solvente para a quitosana, facilita a solidificação dos grânulos de quitosana. Em

seguida, os grânulos são normalmente submetidos ao método de ligações cruzadas (DIAS et

al., 2008).

Pelo método de ligações cruzadas, uma solução ácida de quitosana é submetida

diretamente a ligações cruzadas, através de uma mistura com agente de reticulação que

proporciona a gelificação. Os géis obtidos são quebrados em partículas, de acordo com o

tamanho desejado, e a imobilização não exige ativação química, uma vez que os agentes

costumam atender à duas funções: reticulação e ativação. O principal agente empregado é o

glutaraldeído, devido à facilidade de uso, confiabilidade e alta disponibilidade de grupos amino

(BARRETO et al., 2010).

Por fim, pelo método de gelatinização ionotrópica, a mistura de quitosana, um

polieletrólito catiônico, com polieletrólitos aniônicos como alginato, carragenana, xantana,

polifosfatos e sulfatos orgânicos ou enzimas, forma espontaneamente complexos insolúveis em

água. Esse método é empregado principalmente na produção de grânulos de gel, pela adição

gota a gota de solução aniônica de polieletrólito, a uma solução ácida de quitosana. A

imobilização ocorre pelo preparo de uma solução polieletrólito aniônica contendo enzima,

anteriormente à gelificação (KRAJEWSKA, 2004)

A principal estratégia para incrementar a capacidade de adsorção da quitosana é o

preparo de beads (ou grânulos) para imobilização, uma vez que os beads possuem uma área

superficial até 100 vezes maior que a área da quitosana em flocos e cinéticas de adsorção mais

rápidas (CARVALHO, 2006).

O tipo de quitosana utilizada no processo e características distintas, tais como peso

molecular e grau de desacetilação, podem influenciar no tamanho e na morfologia dos beads

formados. No entanto, algumas metodologias podem ser empregadas para a obtenção de beads

de quitosana com dimensões controladas por:

a. Coagulação – a quitosana é dissolvida em meio ácido e gotejada em solução

alcalina e o entrecruzamento é executado após a obtenção e neutralização dos

beads. Esta técnica é a mais simples.

12

b. Inversão de fases – os beads são obtidos in situ pela dissolução da quitosana em

meio ácido, contendo o agente de entrecruzamento, e ocorre dispersão da fase

aquosa em uma fase oleosa para obtenção de materiais insolúveis;

c. Spray-drying – a quitosana purificada é dissolvida em meio ácido e recebe

adição de agente reticulante. A solução resultante é bombeada e, a partir da ação

do ar comprimido, que interrompe o fluxo no bico aspersor, os beads são

formados. Esta técnica é a mais rápida e precisa (HE; TEBO, 1998).

Nos estudos realizados por Carvalho (2006), as esferas foram preparadas a partir de

20g de quitosana dissolvidos em 500mL de ácido acético 1%, a qual foi gotejada sobre uma

solução de hidróxido de sódio 8% (p/v) a partir de um sistema elétrico com agulhas calibradas

para liberar gotas padronizadas de 0,1mm. As microesferas permaneceram na solução de

hidróxido de sódio sob agitação mecânica, por 24 h. Por fim, elas foram lavadas com água

destilada (para obter pH neutro) e secas a 30ºC.

Percebeu-se que, quando as soluções de quitosana em meio ácido e de hidróxido de

sódio apresentam densidades aproximadamente iguais, as gotas de solução de quitosana não

encontram resistência suficiente para se deformarem e coagulam rapidamente, mantendo a

forma esférica. Outros fatores, como velocidade de agitação, volume de solução coagulante e

altura entre o gotejador e o coagulante, contribuem para que as gotas de quitosana coagulem

isoladamente (CARVALHO, 2006).

2.3.2. Preparo da cultura de microrganismos para imobilização

Carvalho (2006) isolou a cepa PFA001 (Staphylococcus saprophyticus) de uma

amostra de petróleo, a qual foi cultivada em placa com meio ágar nutritivo a 37ºC por 24 h,

para produção de biomassa. As duas colônias formadas foram, então, transferidas para um tubo

de ensaio contendo 9 mL de caldo nutritivo, o qual foi incubado a 37ºC por 4 horas. Após ajuste

da densidade da cultura (de acordo com a absorbância), ela foi utilizada para inocular um meio

mineral com a composição apresentada na Tabela 4. Após esterilização a 110ºC por 10 minutos,

em autoclave, e após resfriamento, adicionou-se uma solução de 1000 mL de água destilada

com os micronutrientes (Tabela 5), na proporção 0,1% v/v (MACIEL, 2003).

12

Tabela 4: Composição do meio mineral inoculado com a cultura bacteriana

Nutrientes Concentração

(g/L)

K2PO4 13,99

KH2PO4 6,0

MgSO4.7H2O 0,2

(NH4)2SO4 4,0


Tabela 5: Micronutrientes adicionados ao meio esterilizado

Micronutrientes Concentração (g/L)

EDTA 2,5

ZnSO4.7H2O 10,95

FeSO4.7H2O 5,0

MnSO4.H2O 1,54

CuSO4.5H2O 0,392

Co(NO3)2.6H2O 0,25

Na2B4O7.10H2O 0,177


Algumas gotas de ácido sulfúrico concentrado foram adicionadas à solução de

microrganismos para evitar a precipitação e foi esterilizada por filtração em membrana

0,45 µm. A cultura de bactéria inoculada foi inoculada na proporção de 1% v/v em Erlenmeyer

de 2 L contendo 0,500 L de meio mineral enriquecido com 0,4% de extrato de levedura

(esterilizada a 121ºC por 15 minutos, em autoclave) e 2% de glicerol previamente esterilizado

por filtração (em membrana de 0,45 µm). A cultura foi mantida sob agitação a 160 rmp, a 28-

30ºC por 48 horas, quando foi inativada por aquecimento a 100ºC por 10 minutos e centrifugada

a 1000 g por 15 minutos. O sobrenadante foi descartado e as células foram lavadas três vezes

com água destilada, sob centrifugação nas mesmas condições. Por fim, a biomassa foi

liofilizada (PEREIRA, 2014).

12

2.3.3. Métodos de imobilização de células e enzimas em quitosana

A imobilização de células pelo método de encapsulação ocorre pelo preparo de uma

emulsão entre o composto a ser encapsulado e o agente de encapsulação, seguido da secagem

da emulsão. Carboidratos são agentes de encapsulação muito empregados devido à sua

capacidade de absorver compostos voláteis do ambiente e retê-los durante o processamento

(BORGOGNONI; POLAKIEWICZ; PITOMBO, 2006).

Carvalho (2006), comparou a capacidade de emulsificação e coagulação de misturas

óleo-água de esferas, membranas, filmes e hidrogéis de quitosana sem e com a bactéria

Staphylococcus saprophyticus subs. saprophyticus imobilizada. A quitosana foi obtida a partir

da quitina de carapaças de camarão, com grau de desacetilação de 78% e massa molar média

de 117.000 Da. As esferas com bactéria se destacaram pela uniformidade e resistência a

agitação mecânica durante os testes de emulsificação de misturas óleo-água, atingindo um

porcentual de 60% de emulsificação.

De acordo com a metodologia de Carvalho (2006) para imobilização de células em

esferas de quitosana, 4 g de quitosana (de massa molecular menor que 125 Da) foram

misturados com 4 g de biomassa bacteriana liofilizada, previamente preparada, e dissolvidos

em 100 mL de ácido acético 1%. Essa solução foi incubada a 25ºC por uma hora, sob agitação,

e depois foi gotejada controladamente em uma solução de NaOH 8% para formação de esferas

uniformes de 1 a 2 mm de diâmetro, pelo método de coagulação. As esferas permaneceram em

repouso nessa solução por 12-14h para então serem lavadas com água destilada até pH neutro.

As esferas produzidas com quitosana e Staphylococcus saprophyticus se distinguiram

das esferas compostas apenas por quitosana pela coloração amarela, devido ao pigmento

produzido pela bactéria, como pode ser observado na Figura 13.

12


2.3.4. Atividade emulsificante

A eficiência de degradação de hidrocarbonetos por microrganismos depende, dentre

muitos fatores, da acessibilidade de um substrato altamente hidrofóbico às células

(CAMEOTRA; SINGH, 2008). A partir da produção de biossurfactantes, compostos que

diminuem a tensão superficial óleo-água e aumentam a disponibilidade de substrato, os

microrganismos são capazes de metabolizar mais eficientemente os compostos do petróleo

(HOMMEL, 1990). No entanto, os diversos tipos de emulsificantes podem apresentar

composições químicas e atividade emulsificante bem distintas podendo afetar a atividade

celular e velocidade de reações degradativas (IIDA et al., 2007).

Nos ensaios de emulsificação apresentados por Iqbal, Khali e Malik (1995), 2 mL de

microesferas úmidas foram colocadas em tubos de ensaio com tampa rosqueada e, sobre elas,

foram adicionados 2 mL de um hidrocarboneto e 200 µL do corante rosa de bengala, para

facilitar a visualização da camada emulsificada. Após agitação em vórtex por 2 minutos e

repouso por 24 horas, o porcentual de emulsificação foi calculado dividindo-se a altura da

camada emulsificada (mm) pela altura da camada total de líquido (mm), multiplicando-se por

100. As esferas de quitosana-bactéria na proporção 1:1 apresentaram porcentuais de

emulsificação mais elevados do que as esferas preparadas na proporção 2:1 (m:m) de quitosana

: bactéria, enquanto que as esferas sem células (controle) não apresentaram atividade

emulsificante. A Figura 14 apresenta o resultado do ensaio de emulsificação, de esferas de

Figura 13: Esferas de quitosana (A) e esferas de quitosana contendo células imobilizadas na proporção 1:1 (quitosana : biomassa)

12 quitosana sem agitação (A), esferas de quitosana com agitação (B), suspensão com células de

Staphylococcus saprophyticus livres (C), esferas de quitosana e bactéria imobilizada na

proporção 2:1 (D) e esferas de quitosana e bactéria imobilizada na proporção 1:1 (E) (MACIEL,

2003).


A atividade emulsificante das esferas de quitosana com células de Staphylococcus

saprophyticus, na proporção 1:1, foi avaliada em 60% (ANGELIM et al., 2013).

Figura 14: Ensaio de emulsificação de mistura querosene-água, promovida por esferas de quitosana

12 3. METODOLOGIA

Foi empregado o estudo exploratório-descritivo através de pesquisa bibliográfica, pela

utilização de dados secundários oriundos de publicações e resultados de pesquisas específicas

sobre as técnicas de biorremediação de petróleo utilizando bactérias produtoras de

biossurfactantes.

12 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

O petróleo é, sem dúvida, a principal fonte de energia utilizada pela sociedade

moderna, o que torna necessária a estruturação, a preparação e o planejamento de todo o

processo de exploração, produção e transporte de seus produtos e subprodutos, de forma a

reduzir os casos de contaminação de ambientes terrestres e marinhos. A elaboração de planos

de resposta a incidentes é crucial, exigindo extensos conhecimentos sobre o nível e extensão da

contaminação, além das propriedades físico-químicas do contaminante derramado e

características climáticas, geológicas e biológicas da área afetada. Uma avaliação meticulosa

das técnicas de remediação disponíveis e sua aplicabilidade é algo importante para uma seleção

correta, já que a escolha de um método inadequado pode afetar ainda mais o ambiente marinho

e costeiro.

Algumas propriedades como espalhamento, dispersão, formação de emulsões, alta

hidrofobicidade, sedimentação, recalcitrância e alta toxicidade permitem que os

hidrocarbonetos presentes no petróleo afetem diretamente ecossistemas marinhos e costeiros.

A demanda por petróleo e seus derivados é crescente, assim como as pesquisas em busca por

métodos eficientes para biorremediação destes compostos no meio ambiente, visando reduzir

os prejuízos ambientais e financeiros associados a derrames e vazamentos.

A versatilidade e ampla diversidade de microrganismos tornam a biorremediação uma

estratégia simples, de baixo custo e ambientalmente amigável para redução da poluição

ambiental, alternativa a opções não biológicas. Apesar de microrganismos representarem

aproximadamente metade da biomassa do planeta, apenas 5% da diversidade microbiana é

conhecida (CURTIS; SLOAN; SCANNELL, 2002), impulsionando diversas pesquisas para

desenvolver métodos de isolamento, cultivo e identificação de plantas, fungos e bactérias

degradadoras de poluentes, além de estudos para entender o mecanismo pelo qual ocorre essa

degradação. Dentre eles, pode-se destacar a produção de biossurfactantes, que podem

apresentar alta atividade emulsificante, avaliada em 60% por Carvalho (2006), aumentando a

disponibilidade de substrato às células e a velocidade pela qual as reações de degradação de

hidrocarbonetos ocorrem. No entanto, o alto custo associado à produção de biossurfactantes em

biorreatores torna essas substâncias incapazes de competir economicamente com os

surfactantes químicos do mercado.

Neste contexto, a imobilização de células de bactérias produtoras de biossurfactantes

em cápsulas (ou esferas) de quitosana, um material biodegradável, resistente, que não causa

12 danos ao homem e ao meio ambiente, mostrou-se um método extremamente eficaz na

degradação de hidrocarbonetos de petróleo devido a uma série de vantagens, como o aumento

da atividade metabólica, a liberação lenta de células, o aumento da estabilidade plasmidial e da

taxa de sobrevivência das células, permitindo a introdução de células no meio ambiente

(bioamplificação) e servindo de fonte de carbono e nitrogênio (bioestimulação), o que pode

beneficiar toda a comunidade bacteriana. A combinação das estratégias mencionadas permite

que as limitações associadas a cada técnica, individualmente, sejam superadas e a eficiência do

processo de biodegradação aumente. No entanto, a complexidade de fatores do meio ambiente

torna difícil prever o comportamento, atividade metabólica, adaptação celular e competência

dos microrganismos quando aplicados in situ. Apesar desta técnica não ser empregada ainda no

Brasil, o baixo custo associado ao reaproveitamento de subprodutos da carcinicultura, para

obtenção de quitosana, e a técnicas simples de imobilização celular, aliados ao alto grau de

inovação, são fatores que indicam o grande potencial para aplicação em atividades de

biorremediação.

12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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