Processo de biodeterioração e biodegradação

3.5.1.1. Biodeterioração

A biodeterioração pode ser definida como qualquer alteração indesejável nas propriedades de um material causada pela atividade vital de um organismo. Trata-se de um processo interfacial, em que os microrganismos, aliados a fatores físicos (como ventos e chuvas) e químicos (como a poluição atmosférica), atacam e colonizam superfícies poliméricas sob a forma de biofilmes constituídos de uma mistura de microrganismos, água, polissacarídeos e proteínas, que em contato com o polímero sintético causam modificações morfológicas e estruturais no material, como: cobertura da superfície, mascarando suas propriedades superficiais e contaminando o meio adjacente; aumento da dessorção de aditivos e monômeros para fora da matriz; ataque ao polímero por enzima; acúmulo de água e penetração na matriz com filamentos microbianos, causando intumescimento e aumento de condutividade e excreção de pigmentos microbianos lipofílicos que colorem o polímero (LOPES et al., 2003; FRANCHETTI & MARCONATO, 2006).

A biodeterioração é um processo muito complexo que depende das condições do meio, dos tipos de microrganismos e da estrutura do polímero propriamente dito. Se o polímero for biodegradável, isto é, com estrutura de cadeias alifáticas e grupos funcionais hidrolisáveis, o processo pode ocorrer, sob certas condições do meio (pH, umidade, oxigênio, etc), de maneira mais direta por ação de enzimas: hidrólise e

ésteres, pode haver deterioração, mas não chegando a mineralização do polímero até os produtos finais: água e dióxido de carbono ou metano. A superfície polimérica pode ser inerte ao ataque microbiano, sendo apenas um suporte para o crescimento bacteriano (FRANCHETTI & MARCONATO, 2006).

3.5.1.2. Biodegradação

De acordo com Brito et al.(2011) a biodegradação de um determinado material acontece a partir do momento em que ele é usado como nutriente por um determinado conjunto de microrganismos (bactérias, fungos, actinomicetos) que existem no ambiente onde o mesmo vai ser degradado. Para que essa colônia de microrganismos se desenvolva, usando o material como nutriente, é necessário que sejam produzidas enzimas adequadas para quebrar alguma das ligações químicas existentes na cadeia principal do polímero. Além disso, é fundamental ter condições ambientais favoráveis, como temperatura, umidade, pH e disponibilidade de oxigênio. A velocidade de crescimento de microrganismos vai determinar a velocidade com a qual o material está sendo consumido. O tempo em que ocorre a biodegradação do material polimérico é uma das variáveis mais importantes a ser considerada. De um modo geral é definida na ordem de semanas ou meses.

De acordo com Huang (1985) a biodegradação ocorre de maneira seletiva, com as regiões amorfas sendo degradadas inicialmente, quando comparadas às regiões cristalinas. O mecanismo de degradação dos polímeros biodegradáveis envolve basicamente duas etapas principais: a degradação primária, constituída por catálise enzimática, oxidação e força física; e a degradação secundária, exercida pelo ataque enzimático dos microrganismos. Na biodegradação, além dos elementos vivos, é necessário levar em consideração o biótopo do conjunto (orgânico, mineral e climático) necessário para que o processo ocorra. Biótopo é o meio complexo onde ocorrem as reações, e devem ser considerados todos os parâmetros físicos como temperatura, pressão, ação mecânica dos ventos, chuva e neve, alagamentos, ação da luz; a composição química da água, do ar e do solo, além de parâmetros biológicos como a ação dos animais, vegetais e microrganismos (HUANG, 1985; FRANCHETTI & MARCONATO, 2006).

Para que a biodegradação ocorra é necessário que o polímero esteja em contato com um ambiente favorável ao ataque microbiano, ou seja, um ambiente

microbiologicamente ativo. A biodegradação não é, portanto, resultado de uma simples ação de microrganismos, porque as condições nas quais os microrganismos atuam estão relacionadas com todas as características do meio (HUANG, 1985; FRANCHETTI & MARCONATO, 2006).

A biodegradação é profundamente afetada pela composição química do polímero, por sua morfologia, pelas condições do meio, pela presença de aditivos na sua formulação e outros fatores favoráveis e desfavoráveis à decomposição. A reação de catálise enzimática ocorre em meio aquoso e o caráter hidrofílico-hidrofóbico afeta grandemente a biodegradação do material polimérico. Os plásticos com estruturas somente hidrofílicas ou hidrofóbicas são menos biodegradáveis do que plásticos que possuem estruturas tanto hidrofílicas, quanto hidrofóbicas, em suas cadeias moleculares (HUANG, 1985).

O processo de biodegradação de polímeros ocorre, basicamente, por dois mecanismos distintos dependendo da natureza do polímero e do meio: hidrólise biológica e oxidação biológica, levando à despolimerização do polímero e a mineralização (FRANCHETTI & MARCONATO, 2006; MARTINS, 2011).

Hidrólise biológica - É a hidrólise catalisada por enzimas hidrolases. Certas enzimas

proteolíticas, as proteases, catalisam a hidrólise de ligações peptídicas e outras catalisam a hidrólise de ligações éster. Este mecanismo é seguido pela oxidação biológica das cadeias poliméricas e quebra das mesmas, gerando cadeias menores e a bioassimilação destas pelos microrganismos. Este processo ocorre em polímeros contendo hetero- cadeias, tais como celulose, amido e poliésteres alifáticos. Os grupos ésteres destes polímeros são facilmente hidrolisáveis, pela ação enzimática das esterases de fungos.

Oxidação biológica - É a reação de oxidação, na presença de oxigênio, com introdução

de grupos peróxidos nas cadeias carbônicas, por ação das monooxigenases e dioxigenases, com quebra das cadeias, seguida pela bioassimilação de produtos de baixa massa molar, como ácidos carboxílicos, aldeídos e cetonas. Este mecanismo se aplica essencialmente a polímeros apenas de cadeias carbônicas. A degradação pode ser controlada pelo uso apropriado de antioxidantes. A bioassimilação começa tão logo forem formados produtos de baixa massa molar no processo de peroxidação.

A Figura 7 apresenta um diagrama esquemático da biodegradação polimérica sob condições aeróbias e anaeróbias (BARDI & ROSA, 2007).

Figura 7. Esquema da genérico da biodegradação de polímeros (BARDI & ROSA, 2007)