DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
DESCOLORAÇÃO DE CORANTES TÊXTEIS REATIVOS POR FUNGOS LIGNINOLÍTICOS E POR LACASE
DAIANE CRISTINA LENHARD
Engenheiro Químico, UNIOESTE, 2004
Orientadoras: Profa Dra Célia R. G. Tavares Profa Dra Sandra Mª G. da Costa
Profa Dra Alessandra Z. dos Santos
Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da Universidade Estadual de Maringá, como parte dos requisitos necessários à obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química, área Desenvolvimento de Processos.
Maringá - PR - Brasil Fevereiro de 2006
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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
Esta é versão final da dissertação de Mestrado apresentada por DAIANE CRISTINA LENHARD perante a Comissão Julgadora do Curso de Mestrado em Engenharia Química em 10 de fevereiro de 2006.
Comissão Julgadora
Profa Dra Célia Regina Granhen Tavares Profa Dra Sandra Maria Gomes da Costa Orientadora Co-orientadora
Profª Drª Alessandra Zacarias dos Santos Co-orientadora
Profª Drª Rosane Peralta Profa Dra Eneida Sala Cossich Membro Membro
LENHARD, DAIANE CRISTINA
Descoloração de Corantes Têxteis Reativos por Fungos Ligninolíticos e por Lacase [Paraná] 2006.
XV, 68p., 29,7 cm (PEQ/UEM, M.Sc., Engenharia Química, 2006).
Dissertação – Universidade Estadual de Maringá – PEQ.
1. Corantes têxteis. 2. Fungos ligninolíticos. 3. Lacase.
I. PEQ/UEM II. Título (série)
Dedico esta Dissertação à minha família.
O propósito do aprendizado é crescer, e nossas mentes, diferentes de nossos corpos, podem continuar crescendo enquanto continuamos a viver”.
Mortimer Adler
Agradecimentos
Às minhas orientadoras, Célia Regina Granhen Tavares, Alessandra Zacarias dos Santos e Sandra Maria Gomes da Costa, pela confiança e paciência em todas as etapas da pesquisa.
Ao meu pai Hélio, à minha mãe Délia, aos meus irmãos Luana e Oziel pelo apoio e compreensão nos momentos mais complicados. Amo vocês.
Ao meu namorado, Raul, por estar sempre comigo, com seu carinho e paciência, nos momentos mais confusos.
Às minhas grandes amigas, Araceli, Roselene e Camila por estarem sempre por perto nos momentos difíceis e por tornarem minha vida mais alegre e divertida. Adoro vocês.
À Thais, Cristiane, Gisele e Érica pela amizade e carinho.
À Raquel, Fábio, Vandré, Edmilson, Luciana, Marta, Eliane e Juliana pela amizade e por tornarem a convivência no laboratório mais divertida.
Ao Departamento de Engenharia Química e seus funcionários, especialmente à Elenice, Luiza, Lauro e Luiz pelas ajudas cruciais e pelo apoio técnico e material.
À CAPES pelo suporte financeiro.
À Deus.
DESCOLORAÇÃO DE CORANTES TÊXTEIS REATIVOS POR FUNGOS LIGNINOLÍTICOS E POR LACASE
AUTORA: DAIANE CRISTINA LENHARD
ORIENTADORAS: CÉLIA REGINA GRANHEN TAVARES ALESSANDRA ZACARIAS DOS SANTOS SANDRA MARIA GOMES DA COSTA
Dissertação de mestrado; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química;
Universidade Estadual de Maringá; Av. Colombo, 5790, BL E46-09; CEP: 87020-900 – Maringá – PR, Brasil, defendida em 10 de fevereiro de 2006, 68p.
RESUMO
Neste trabalho a descoloração de corantes têxteis foi avaliada utilizando-se fungos ligninolíticos e a enzima lacase. Inicialmente, foi avaliada a descoloração do corante reativo Remazol Brilliante Blue R (RBBR) por culturas de isolados de Pleurotus Pulmonarius, Lentinus edodes e Ganoderma lucidum em diferentes meios. Em seguida, as descolorações de nove corantes reativos e de um efluente de lavanderia foram avaliadas, utilizando-se a enzima lacase produzida por P. pulmonarius.
Em um primeiro teste, discos de meio sólido com cada um dos fungos foram inoculados em tubos contendo meio mínimo com glicose e 0,5 g/L do corante RBBR. Após 15 dias de experimento verificou-se que todos as espécies estudadas degradaram o corante em alguma proporção. No entanto, apesar do G. lucidum e do P. pulmonarius degradarem o corante em mais de 90%, a degradação por L. edodes não passou de 20%.
Para os testes em que uma solução do corante RBBR 0,5 g/L foi inoculada com cultura líquida dos fungos G. lucidum, L. edodes e P. pulmonarius, por 10 dias a 28ºC, somente o G. lucidum foi capaz de degradar o corante, atingindo uma descoloração de 90%. Um teste sucessional dos fungos, na seqüência G. lucidum - G. lucidum - L. edodes, foi avaliada nas mesmas condições, sendo que cada isolado permaneceu sete dias em contato com a solução do corante. Uma degradação final de 78,5% foi observada no vigésimo primeiro dia de experimento.
A degradação do corante foi então avaliada em meio mínimo com glicose (1 g/L) concentrado e diluído 1:10, 1:50 e 1:100, acrescido de 0,5 g/L do corante. As mesmas espécies fúngicas foram utilizadas sendo que a maior descoloração observada foi de 89%
em meio mínimo com glicose concentrado utilizando-se G. lucidum.
Devido às baixas descolorações obtidas pelos isolados de P. pulmonarius e L.
edodes nos meios utilizados anteriormente, foi avaliada a adição de outros nutrientes (extrato de malte e peptona, além da glicose) ao meio mínimo.
Os melhores resultados para P. pulmonarius e L. edodes foram observados utilizando-se meio mínimo acrescido de 1g/L de glicose, 1g/L de extrato de malte e 0,1g/L de peptona e 0,5 g/L de RBBR, e meio mínimo acrescido de 1g/L de extrato de malte e 0,5 g/L de RBBR. Para ambos os fungos a descoloração foi em torno de 90% utilizando-se estes meios. Em todos os meios testados, G. lucidum descoloriu em mais de 85% o corante.
Os melhores resultados para este fungo, em torno de 96%, foram obtidos utilizando-se meio mínimo acrescido de 0,1g/ L de glicose e 0,5 g/L de RBBR, e meio mínimo acrescido de 1g/L de extrato de malte e 0,5 g/L de RBBR.
Com base nestes resultados, um novo teste sucessional foi realizado. A mistura reacional consistiu de meio mínimo acrescido de 1g/L de glicose, 1g/L de extrato de malte, 0,1g/L de peptona e 0,5 g/L do corante RBBR. A primeira espécie inoculada à mistura foi P. pulmonarius, permanecendo sete dias. Em seguida, após filtração e autoclavagem do meio, este foi inoculado com L. edodes que permaneceu por mais sete dias e em seguida, repetiu-se o procedimento inoculando-se G. lucidum. Ao final do experimento foi verificada uma descoloração de 69%.
Os experimentos de descoloração fúngica mostraram que os isolados de P.
pulmonarius e L. edodes necessitam de outras fontes de nutrientes além da glicose, enqua nto G. lucidum mostrou-se capaz de descolorir o corante mesmo em meio acrescido somente de pequena quantidade de glicose.
Em uma segunda etapa do trabalho utilizou-se a enzima lacase bruta de P.
pulmonarius para descoloração dos corantes reativos: RRBB, Azul BF-R, Azul turquesa, Azul marinho-BLE, Amarelo-3R, Amarelo-GLE, Vermelho-4B, Vermelho escarlate, Preto, Cinza, além do efluente de uma lavanderia local. Verificou-se que todos os corantes foram descoloridos em alguma extensão pela lacase, no entanto, os resultados de descoloração para os corantes vermelho escarlate, vermelho 4b, amarelo 3r e cinza (em 480 nm) foram inferiores a 20%. O efluente foi descolorido em 40% pela lacase purificada.
DECOLORIZATION OF REACTIVE TEXTILE DYES BY USING THE LIGNOLITIC FUNGI AND LACASE
AUTORA: DAIANE CRISTINA LENHARD
ORIENTADORAS: CÉLIA REGINA GRANHEN TAVARES ALESSANDRA ZACARIAS DOS SANTOS SANDRA MARIA GOMES DA COSTA
Master Thesis; Chemical Engineering Graduate Program; State University of Maringá;
Av. Colombo, 5790, BL E46-09; CEP: 87020-900 – Maringá – PR, Brasil, presented on 10th February 2006, 68p.
ABSTRACT
In this work, textile dyes decolorization was evaluated using ligninolitic fungi and the lacase enzyme. Firstly, the reactive dye Remazol Brilliant Blue R (RBBR) decolorization by Pleurotus pulmonarius, Lentinus edodes and Ganoderma lucidum cultures was evaluated using different media. Next, the decolorization of nine reactive dyes and a laundry effluent was evaluated using the lacase enzyme produced by Pleurotus pulmonarius.
In a first test, solid media disks of each species were inoculated in test tubes containing minimum media and glucose, added by RBBR 0.5 g/L. After fifteen days of experiment it was verified that all of the species degraded the dye in some extension.
Although G. lucidum and P. pulmonarius degraded the dye more than 90 %, the dye degradation by L. edodes was about 20 %.
For the tests in which a 0.5 g/L RBBR solution was inoculated with liquid culture of the fungi, G. lucidum, L. edodes and P. pulmonarius, for 10 days at 28ºC, only G.
lucidum was able to degrade the dye, reaching a decolorization of 90 %. A succession of the fungi G. lucidum – G. lucidum – L. edodes was evaluated at the same conditions. Each fungus stayed in contact with the dye solution during seven days. The final degradation observed was 78,5 % at the twenty-first day.
Then, the dye degradation was evaluated in concentrated and diluted 1:10, 1:50 and 1:100 minimum medium and glucose (1g/L), added by RBBR 0.5 g/L. The same species of
fungi were used again. The best decolorization observed was 89 % using concentrated minimum medium and glucose and the fungus G. lucidum.
Due to the low decolorization obtained using the isolate of P. pulmonarius and L.
edodes in the media previously used, the addition of other nutrients (malt extract and peptone, besides glucose) to the media was evaluated.
The best results for P. pulmonarius and L. edodes were observed using minimum medium added by glucose 1 g/L, malt extract 1 g/L and peptone 0.1 g/L and RBBR 0.5 g/L, and minimum medium added by malt extract 1 g/L and RBBR 0.5 g/L. For both species the decolorization was about 90 % using these media. For all evaluated media the dye decolorization by G. lucidum was over than 85 %. The best results, about 96 %, were obtained using minimum media added by glucose 0.1 g/L and RBBR 0.5 g/L, and minimum media added by malt extract 1 g/L and RBBR 0.5 g/L.
Based on these results, a new succession of the fungi was carried out. The reactional solution consisted of minimum medium added by glucose 1g/L, malt extract1g/L and peptone 0.1g/L and RBBR 0.5 g/L. The first fungus inoculated into the solution was P.
pulmonarius, wich remained in this medium for seven days. Next, after filtering and autoclaving the medium, this was inoculated with L. edodes which remained in the medium for more seven days. Then, the procedure was repeated inoculating G. lucidum. In the end of the experiment, a decolorization of 69 % was verified.
The experiments of fungal decolorization showed that the isolate P. pulmonarius and L. edodes needed other sources of nutrients besides glucose, while the fungal G. lucidum was be able to decolorize the dye even in medium added by a little quantity of glucose.
In a second stage of this work, crude lacase enzyme from P. pulmonarius was used to decolorize the reactive dyes: RBBR, Blue-BF-R, Turquoise blue, Navy blue-BLE, Yellow- 3R, Yellow-GLE, Red-4B, Scarlet red, Black, Grey, besides the effluent of a local laundry.
It was verified that all the dyes were decolorized in some extension by the crude lacase.
However, the results of Scarlet red, Red-4B, Yellow-3R and Grey (380nm) decolorization were under 20%. The laundry effluent was decolorized in 40 % by the crude lacase.
ÍNDICE
Capítulo 1 - Introdução e Objetivos ... 1
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica ... 3
2.1 A indústria têxtil e o seu efluente ... 3
2.2 Corantes têxteis ... 6
2.3 Processos de remoção de cor de efluentes têxteis ... 10
2.4 Os fungos ... 13
2.5 Degradação de corantes e efluentes têxteis por fungos ... 15
2.6 Degradação de corantes e efluentes têxteis por enzimas de fungos ... 25
Capítulo 3 - Materiais e Métodos ... 31
3.1 Descoloração do corante reativo Remazol Brilliant Blue R (RBBR) por fungos ligninolíticos ... 31
3.1.1 Corante ... 31
3.1.2 Fungos ligninolíticos ... 31
3.1.3 Meios de cultura e preparo de inóculo ... 32
3.1.4 Ensaios de descoloração fúngica ... 33
3.2 Degradação de corantes reativos pela lacase do fungo P. pulmonarius... 35
3.2.1 Enzima ... 35
3.2.2 Corantes reativos e efluente têxtil ... 35
3.2.3 Ensaios de descoloração enzimática ... 36
3.3. Metodologia das análises realizadas ... 36
Capítulo 4 - Resultados e Discussão... 38
4.1 Descoloração do corante reativo Remazol Brilliant Blue R (RBBR) por fungos ligninolíticos ... 38
4.2 Degradação de corantes reativos pela lacase do fungo P. pulmonarius ...52
Capítulo 5 – Conclusões ... 56
Capítulo 6 - Perspectivas para trabalhos futuros ... 58
Capítulo 7 - Referências bibliográficas ... 59
Anexos ... 65
Anexo I - Determinação de Demanda Química de Oxigênio por micro método ... 65
Anexo II - Determinação de atividade enzimática ... 67
ÌNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1– Fluxo tradicional do processo têxtil (ABRAHÃO & SILVA, 2002, citado por OMORI, 2004)... 5 Figura 4.1 – Resultados de redução de glicose (¦ ), redução de DQO (¦ ),
descoloração em 590nm (- ) e aumento de cor em 455nm (¦ ) para os isolados P. pulmonarius, L. edodes e G. lucidum... 38 Figura 4.2 – Descoloração de uma solução 0,5g/ de RBBR pelos isolados P.
pulmonarius (?), L. edodes (¦ ) e G. lucidum (? ). ... 40 Figura 4.3 – Redução de DQO nos meios inoculados com os isolados fúngicos... 40 Figura 4.4 – Porcentagem de descoloração do corante RBBR pela sucessão dos
fungos G.lucidum - G.lucidum - L. edodes.... 41 Figura 4.5 – Concentração de (¦ ) DQO (mg/l) e (?) glicose (mg/l)durante o
experimento de sucessão dos fungos G.lucidum - G.lucidum - L.
edodes. ... 42 Figura 4.6 – Atividades enzimáticas de MnP (?), LiP (? ) e lacase (¦ ) durante os
experiemtno de sucessão dos fungos G.lucidum - G.lucidum - L.
edodes. ... 43 Figura 4.7 – Descoloração do corante RBBR pelos Isolados (a) G. lucidum, (b) P.
pulmonarius e (c) L. edodes, em diferentes diluições de meio mínimo + glicose: (?) sem diluição; (¦ ) diluído 1:10; (? ) diluído 1:50 e (x) diluído 1:100. ... 44 Figura 4.8 – Resultados de descoloração e aumento de cor do corante RBBR pelo
fungo P. pulmonarius em meio mínimo acrescido dos nutrientes: (?) glicose 0,1g/l; (¦ ) glicose 1g/l; (? ) extrato de malte 0,1g/l; (x) extrato de malte 1g/l; (?) peptona 0,01g/l; (?) peptona 0,1g/l; (+)glicose 0,1g/l, extrato de malte 0,1g/l e peptona 0,01g/l; (-)glicose 1g/l, extrato de malte 1g/l e peptona 0,1g/l. ... 46 Figura 4.9 – Resultados de descoloração e aumento de cor do corante RBBR pelo
fungo L. edodes em meio mínimo acrescido dos nutrientes: (?) glicose 0,1g/l; (¦ ) glicose 1g/l; (? ) extrato de malte 0,1g/l; (x) extrato de malte 1g/l; (?) peptona 0,01g/l; (?) peptona 0,1g/l; (+)glicose 0,1g/l, extrato de malte 0,1g/l e peptona 0,01g/l; (-)glicose 1g/l, extrato de malte 1g/l e peptona 0,1g/l. ... 46
Figura 4.10 – Resultados de descoloração e aumento de cor do corante RBBR pelo fungo G. lucidum em meio mínimo acrescido dos nutrientes: (?) glicose 0,1g/l; (¦ ) glicose 1g/l; (? ) extrato de malte 0,1g/l; (x) extrato de malte 1g/l; (?) peptona 0,01g/l; (?) peptona 0,1g/l;
(+)glicose 0,1g/l, extrato de malte 0,1g/l e peptona 0,01g/l; (-)glicose 1g/l, extrato de malte 1g/l e peptona 0,1g/l. ... 47 Figura 4.11 – Porcentagem de descoloração em 590nm (x) e de aumento de cor em
455nm (? ) durante o experimento de adição sucessiva dos fungos P.
pulmonarius, L. edodes e G. lucidum.... 49 Figura 4.12 – Concentração de (? ) DQO (mg/L)e (?) glicose (mg/L) durante o
experimento de adição sucessiva dos fungos P. pulmonarius - L.
edodes - G. lucidum. ... 50 Figura 4.13 – Atividades enzimáticas de MnP (?), LiP (x) e lacase (? ) durante o
experimento de adição sucessiva dos fungos P. pulmonarius - L.
edodes - G. lucidum. ... 51 Figura 4.14 – Descoloração enzimática dos corantes reativos: (?) cinza (596nm), (-)
preto (596nm), (?) Azul BF-R (590nm), (+) RBBR (590nm), (x) Amarelo GLE (403nm), (?) Azul Marinho (590nm), (¦ ) amarelo 3r (417nm), (?) vermelho 4B (542nm), (? ) vermelho escartale (495nm) e (?) cinza (480nm). ... 52 Figura 4.15 – Descoloração enzimática de: (?) efluente em 625nm; (¦ ) efluente em
663nm; (?) azul turquesa em 625nm e (?) azul turquesa em 663nm. ... 55
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 3.1 – Composição do meio mínino com glicose. ... 32 Tabela 3.2 – Composição do meio de extrato de malte. ... 32 Tabela 3.3 – Nutrientes adicionados ao meio mínimo... 34
LISTA DE SÍMBOLOS DQO Demanda Química de Oxigênio DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio LiP Enzima lignina peroxidase
MnP Enzima manganês peroxidase Lcc Enzima Lacase
RBBR Remazo l brilliant blue-R
CCB Coleção de cultura do Instituto Botânico de São Paulo HRV5 Violeta reativo 5
HRB38 Azul reativo 38
AVO Álcool veratrílico oxidase ST Sólidos totais
SST Sólidos suspensos totais
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO E OBJETIVOS
A implementação de leis ambientais rigorosas com relação ao descarte de efluentes coloridos, bem como a crescente conscientização sobre o impacto ambiental negativo dos mesmos, têm sido os principais fatores para o aumento no interesse da indústria têxtil em desenvolver tecnologias efetivas no tratamento de seus efluentes.
Dentre as águas residuárias industriais, a proveniente de indústrias têxteis e de materiais corantes é uma das mais difíceis de tratar. Isto porque geralmente os corantes têm origem sintética e estruturas moleculares aromáticas complexas que fazem deles mais estáveis e difíceis de serem biodegradados (FU & VIRARAGHAVAN, 2001).
Como estes corantes são relativamente recalcitrantes à biodegradação, a remoção de cor de efluentes em sistemas de tratamento de águas residuárias é baseado, principalmente, em processos físicos ou químicos como adsorção, concentração, transformação química e incineração. Estas formas de tratamento são geralmente caras, limitando suas aplicações (BOER et al., 2004).
A grande motivação de todos os pesquisadores envolvidos em estudos de biodegradação se expressa na busca contínua de microrganismos versáteis, capazes de degradar, de maneira eficiente, grande número de poluentes a um baixo custo operacional (ESCOBAR & BARNETT, 1993).
A descoloração microbiológica tem sido proposta com uma alternativa menos dispendiosa e menos agressiva ao ambiente. Muitas bactérias e fungos têm habilidade de descoloração e uma grande publicação de trabalhos sobre descoloração microbiológica está disponível (GLENN & GOLD, 1983).
Fungos ligninolíticos têm sido estudados como possíveis agentes de degradação devido ao seu sistema de biodegradação extracelular ser basicamente não-específico, fato
que permite a degradação de misturas de substâncias recalcitrantes (KIRK & FARREL, 1987).
Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo principal a avaliação da descoloração de corantes têxteis reativos por fungos ligninolíticos e pela enzima lacase.
Este trabalho teve os seguintes objetivos específicos:
- verificar a descoloração do corante Remazol Brilliant Blue R (RBBR) por Ganoderma lucidum, Lentinus edodes e Pleurotus pulmonarius, em meios de cultivo com diferentes concentrações de nutrientes;
- avaliar a sucessão destes fungos ligninolíticos para a descoloração do corante RBBR;
- avaliar a descoloração do corante reativo RBBR, de nove corantes reativos comerciais e de um efluente têxtil utilizando a enzima lacase produzida por Pleurotus pulmonarius.
CAPÍTULO 2
REVISÃO
2.1 A INDÚSTRIA TÊXTIL E O SEU EFLUENTE
Os processos industriais e os despejos gerados pela indústria têxtil variam à medida que a pesquisa e o desenvolvimento produzem novos reagentes, novos processos e novas técnicas, e também de acordo com a demanda do consumo por outros tipos de tecidos e cores. Numerosas operações são necessárias a fim de dar ao tecido o máximo de propriedades, gerando assim, em cada etapa, diferentes despejos (HASSEMER & SENS, 2002).
A indústria têxtil compreende grupos diversos e fragmentos de estabelecimentos, que produzem e/ou processam artigos relativos à produção têxtil (fibras, fios, tecidos) para, posteriormente, serem transformados em vestuário, artigos domésticos e bens industriais.
As empresas têxteis recebem e preparam fibras; transformam fibras em fios, linhas de costura; convertem os fios em tecidos, tingem e dão tratamentos especiais a esses materiais em vários estágios de produção. Nesse sentido a indústria têxtil pode ser dividida em três etapas de produção: formação de fios, formação de tecidos e processos molhados (acabamentos) (ABRAHÃO & SILVA, 2002).
No que diz respeito à produção e ao número de trabalhadores que ocupa, a indústria têxtil é uma das maiores do mundo, e todas se caracterizam por requerer grandes quantidades de água, corantes e produtos químicos utilizados ao longo de uma complexa cadeia produtiva (SANIN, 1997).
A indústria têxtil gera efluentes líquidos, gasosos e resíduos sólidos. Os efluentes originários dos diversos processos têxteis são uma função direta do tipo de substrato têxtil que está sendo processado, dos corantes utilizados e do tipo de equipamento. Portanto,
pode-se observar uma gama enorme de variações das características quantitativas e qualitativas dos efluentes, principalmente dos efluentes líquidos (CPRH, 2001).
Geralmente, os despejos de várias etapas do processamento têxtil apresentam compostos orgânicos como amido, dextrinas, gomas, graxas, pectinas, álcoois, ácido acético, corantes, sabões e detergentes; e, compostos inorgânicos como hidróxido de sódio, carbonato, sulfato e cloreto. O pH varia entre 8 e 11 e a cor depende do corante utilizado.
Os sólidos totais (ST) e em suspensão (SSP) variam entre 1000 e 1600 mg/L e de 30 a 50 mg/L, respectivamente. O volume de água utilizado por metro de tecido processado varia entre 120 e 380 litros (BRAILE & CAVALCANTI, 1993).
Um estudo com as águas residuárias de 60 indústrias têxteis de Santa Catarina, realizado por LONGO em 1987 (citado por BALAN, 1998), apresentou valores de demanda bioquímica de oxigênio (DBO) entre 130 e 1200 mg O2/L e demanda química de oxigênio (DQO) entre 540 e 5400 mg O2/L. Também foi observada a presença de corante e pigmentos diversos de difícil remoção e de detergentes não biodegradáve is; fibras removíveis por processos mecânicos, além de pequena concentração de material orgânico biodegradável, poucos sólidos sedimentáveis e grande variação num ciclo de 24 horas.
De acordo com vários estudos apresentados por VALDEVIVERE (1998) os efluentes têxteis são tóxicos à vida aquática. CONSTAN et al. (2003, citado por VALDEVIVERE, 1998) classificou o efluente têxtil em segundo lugar em termos de toxicidade, dentre oito setores industriais, utilizando uma série de bioensaios verificando a toxicidade aguda, subletal e crônica, em vários níveis tróficos.
Sem dúvida o maior problema no tratamento de efluentes têxteis deve-se à presença de corantes oriundos, principalmente, da etapa de tingimento, durante os chamados beneficiamentos secundários do processamento têxtil (Fig. 2.1). Estes corantes normalmente são recalcitrantes (compostos que permanecem num determinado ambiente de forma inalterada, podendo ser naturais ou xenobióticos) ou apresentam uma cinética de degradação muito lenta para processos biológicos convencionais, e geram efluentes finais (após o tratamento) com coloração ainda muito intensa (KUNZ,1999).
A princípio o volume de corante lançado no ambiente pode parecer pouco significativo quando comparado com o parque de máquinas instalado, no entanto devemos atentar para o alto potencial colorante destes compostos. O olho humano pode detectar concentrações de corantes reativos na ordem de 5 ?g/L em águas claras de rios, particularmente nas regiões do espectro entre o vermelho e o púrpuro (KUNZ,1999).
FILAMENTOS SINTÉTICOS
TEXTURIZAÇÃO
PREPARAÇÃO À FIAÇÃO FIBRAS NATURAIS FIBRAS QUÍMICAS
URDIMENTO
ENGOMAGEM
TECELAGEM
PREPARAÇÃO AO TINGIMENTO
FIAÇÃO
TINGIMENTO e ESTAMPARIA
ACABAMENTO
CONFECÇÃO Operações com geração de efluentes líquidos
Figura 2.1 – Fluxo tradicional do processo têxtil (ABRAHÃO & SILVA, 2002, citado por OMORI, 2004).
A poluição dos corpos d’água com estes compostos provoca, além da poluição visual, alterações em ciclos biológicos afetando principalmente mecanismos de fotossíntese.
Algumas classes de corantes e seus subprodutos, especialmente azocorantes, podem ser carcinogênicos e/ou mutagênicos (KUNZ, 1999).
A abundância de normas e regulamentações desenvolvidas ao longo dos anos para controle de rejeitos coloridos tem criado um grande impacto na indústria de corantes e seus correlatos, além de ter criado grande confusão aos consumidores. Relativamente, encontra- se na literatura muito pouca informação sobre o impacto desses rejeitos na qualidade da água e em ecossistemas aquáticos. Alguns autores têm até defendido a tese de que devido à alta diluição, poucos corantes solúveis poderiam causar efeitos ecológicos agudos em concentrações em que não sejam visíveis a olho nu. No entanto, dependendo do tipo de corante e do modo de aplicação requerido, a etapa final da tintura pode contribuir significativamente no lançamento de rejeitos de diversas substâncias químicas com
composição variável (corante, umectante, antiespumante, eletrólitos, dispersantes, etc.) utilizadas nas etapas de montagem e fixação (GUARATINI & ZANONI, 2000).
2.2 CORANTES TÊXTEIS
Corantes têxteis são substâncias coloridas usadas para garantir uma cor permanente em outras substâncias. Seu uso mais importante é na coloração de fibras em fábricas têxteis (GUARATINI & ZANONI, 2000).
Os corantes são moléculas orgânicas altamente estruturadas e de difícil degradação biológica. Grandes quantidades de corantes estruturalmente diversos são utilizadas na tintura de tecidos, assim como em outras aplicações industriais (ZOLLINGER, 1991, citado por HEINFLING et al.,1997).
Muitos corantes sintéticos têm sido cada vez mais usados em indústrias têxteis, de papel, de cosméticos, farmacêuticas e de comida devido a sua facilidade de uso, eficácia de custos nas sínteses, estabilidade e variedade de cor, comparada com corantes naturais (CHAGAS & DURRANT, 2001). Aproximadamente 10000 corantes e pigmentos diferentes são produzidos anualmente em todo mundo e usados nas indústrias de tingimento e estamparia, e mais de 7.105 toneladas desses corantes são anualmente produzidas em todo o mundo (ZOLLINGER, 1987, citado por SELVAM et al., 2003).
Muitos destes corantes são estáveis à luz, temperatura e ataques microbiológicos, fazendo deles compostos recalcitrantes, além de muitos deles serem também tóxicos (GREGORY, 1993, citado por LEVIN et al., 2004).
A molécula de corante utilizada para tingimento de fibra têxtil pode ser dividida em duas partes principais, o grupo cromóforo e a estrutura responsável pela fixação à fibra.
Baseados na estrutura química do grupo cromóforo, os corantes são classificados como azo corantes, antraquinones, trietilmetino, phtalocianino, etc. (ZOLLINGER, 1991, citado por HEINFLING et al.,1997). Aproximadamente metade de todos os corantes conhecidos são azo corantes, fazendo deles o maior grupo de corantes sintéticos (ZOLLINGER, 1987, citado por SELVAM et al., 2003).
Os corantes também podem ser classificados de acordo com a forma pela qual ele é fixado à fibra têxtil. De acordo com GUARATINI & ZANONI (2000), os principais grupos de corantes classificados pelo modo de fixação são:
Corantes Reativos - são corantes contendo um grupo eletrofílico (reativo) capaz de formar ligação covalente com grupos hidroxila das fibras celulósicas, com grupos amino,
hidroxila e tióis das fibras protéicas e também com grupos amino das poliamidas. Existem numerosos tipos de corantes reativos, porém os principais contêm a função azo e antraquinona como grupos cromóforos e os grupos clorotriazinila e sulfatoetilsulfonila como grupos reativos. Neste tipo de corante, a reação química se processa diretamente através da substituição do grupo nucleofílico pelo grupo hidroxila da celulose.
Corantes Diretos - este grupo de corantes caracteriza-se como compostos solúveis em água capazes de tingir fibras de celulose (algodão, viscose, etc.) através de interações de Van der Waals. A afinidade do corante é aumentada pelo uso de eletrólitos, pela planaridade na configuração da molécula do corante ou a duplaligação conjugada que aumenta a adsorção do corante sobre a fibra. Esta classe de corantes é constituída principalmente por corantes contendo mais de um grupo azo (diazo, triazo e etc.) ou pré- transformados em complexos metálicos.
Corantes Azóicos - são compostos coloridos, insolúveis em água, que são realmente sintetizados sobre a fibra durante o processo de tingimento. Nesse processo a fibra é impregnada com um composto solúvel em água, conhecido como agente de acoplamento (e.g. naftol) que apresenta alta afinidade por celulose. A adição de um sal de diazônio (RN2 +) provoca uma reação com o agente de acoplamento já fixado na fibra e produz um corante insolúvel em água.
Corantes Ácidos - o termo corante ácido corresponde a um grande grupo de corantes aniônicos portadores de um a três grupos sulfônicos. Estes grupos substituintes ionizáveis tornam o corante solúvel em água, e têm vital importância no método de aplicação do corante em fibras protéicas (lã, seda) e em fibras de poliamida sintética. No processo de tintura, o corante previamente neutralizado (solução contendo cloreto, acetato, hidrogenossulfato, etc.) se liga à fibra através de uma troca iônica envolvendo o par de elétrons livres dos grupos amino e carboxilato das fibras protéicas, na forma não- protonada. Estes corantes caracterizam-se por substâncias com estrutura química baseada em compostos azo, antraquinona, triarilmetano, azina, xanteno, ketonimina, nitro e nitroso, que fornecem uma ampla faixa de coloração e grau de fixação.
Corantes à Cuba - é uma grande e importante classe de corantes baseada nos índigos, tioindigóides e antraquinóides. Eles são aplicados praticamente insolúveis em água, porém durante o processo de tintura eles são reduzidos com ditionito, em solução alcalina, transformando-se em um composto solúvel (forma leuco). Posteriormente, a subsequente oxidação pelo ar, peróxido de hidrogênio, etc., regenera a forma original do corante sobre a fibra.
Corantes de Enxofre - é uma classe de corantes que após a aplicação se caracterizam por compostos macromoleculares com pontes de polissulfetos (- Sn -), os quais são altamente insolúveis em água. Em princípio são aplicados após pré-redução em banho de ditionito de sódio que lhes confere a forma solúvel, são reoxidados subsequentemente sobre a fibra pelo contato com ar. Estes compostos têm sido utilizados principalmente na tintura de fibras celulósicas, conferindo cores preto, verde oliva, azul marinho, marrom, apresentando boa fixação. Entretanto, estes corantes usualmente apresentam resíduos altamente tóxicos.
Corantes Dispersivos - constituem uma classe de corantes insolúveis em água aplicados em fibras de celulose e outras fibras hidrofóbicas através de suspensão (partículas entre 1 a 4 micra). Durante o processo de tintura, o corante sofre hidrólise e a forma originalmente insolúvel é lentamente precipitada na forma dispersa (finalmente dividido) sobre o acetato de celulose. O grau de solubilidade do corante deve ser pequeno, mas definido, e influencia diretamente o processo e a qualidade da tintura. Usualmente o processo de tintura ocorre na presença de agentes dispersantes com longas cadeias que normalmente estabilizam a suspensão do corante facilitando o contato entre o corante e a fibra hidrofóbica. Esta classe de corantes tem sido utilizada principalmente para tinturas de fibras sintéticas, tais como, acetato celulose, nylon, poliéster e poliacrilonitrila.
Corantes Pré-Metalizados - são úteis principalmente para tintura de fibras protéicas e poliamida. Os corantes são caracterizados pela presença de um grupo hidroxila ou carboxila na posição ortho em relação ao cromóforo azo, permitindo a formação de complexos com íons metálicos. Neste tipo de tintura explora-se a capacidade de interação entre o metal e os agrupamentos funcionais portadores de pares de elétrons livres, como aqueles presentes nas fibras proteicas. Exemplos mais comuns deste grupo são os complexos estáveis de cromo: corante (1:1) ou (1:2). A desvantagem ecológica deste tipo de corante está associada ao alto conteúdo de metal (cromo) nas águas de rejeito.
Corantes Branqueadores - as fibras têxteis no estado bruto por serem compostas primariamente de materiais orgânicos, apresentam como característica uma aparência amarelada por absorver luz particularmente na faixa de baixo comprimento de onda. A diminuição dessa tonalidade tem sido efetuada na indústria ou na lavanderia pela oxidação da fibra com alvejantes químicos ou utilizando os corantes brancos também denominados de branqueadores ópticos ou mesmo branqueadores fluorescentes. Estes corantes apresentam grupos carboxílicos, azometino (-N=CH-) ou etilênicos (-CH=CH-) aliados a
sistemas benzênicos, naftalênicos, pirênicos e anéis aromáticos que proporcionam reflexão por fluorescência na região de 430 a 440 nm quando excitados por luz ultravioleta.
Com relação aos corantes, é importante salientar que muitos contêm metais pesados em sua composição, como por exemplo, alguns corantes de enxofre que possuem dicromato de potássio como oxidante, gerando, no despejo, cromo hexavalente solúve l em água. Outros corantes de cromo também liberam cromo hexavalente no efluente. Alguns corantes diretos também possuem metais (CETESB, 1993).
Os corantes reativos são extensivamente utilizados na indústria têxtil, principalmente em função de características como: facilidade de produção, baixo custo, constância de estrutura e grande variedade de cores. Esse conjunto de adequadas características, aliado à sua capacidade de fixar-se nas fibras via ligações covalentes, faz com que a produção e utilização de corantes reativos sejam cada vez mais difundidas (ZAMORA et al., 2002).
Estima-se que pelo menos 20% dos corantes têxteis sejam descartados em efluentes, devido às perdas ocorridas durante o processo de fixação da tintura às fibras. A remoção desses compostos dos rejeitos industriais é um dos grandes problemas ambientais enfrentados pelo setor têxtil (ZANONI & CARNEIRO, 2001).
No caso de corantes reativos, mais de 50% do corante é perdido a partir da hidrólise durante o processo de tingimento e por isso estão presentes no efluente (PAGGA E BROWN, 1986; SHAUL et al, 1991, citados por HEINFLING et al., 1997)
Os corantes empregados na indústria têxtil estão continuamente sendo melhorados e substituídos por compostos superiores. Os fabricantes vêm sofrendo uma pressão constante para o desenvolvimento de corantes que possam ser aplicados com sucesso de forma a empregar menores quantidades de reagentes auxiliares, especialmente sais, e assim reduzir problemas ambientais associados aos efluentes texteis (O’NEILL et al., 1999).
Por outro lado, os corantes mais modernos são desenvolvidos para resistirem à ação do tempo, à exposição da luz solar, à água, ao sabão, aos alvejantes e à transpiração. A durabilidade da cor, a estabilidade e a resistência à degradação, têm dificultado a remoção de cor dos efluentes têxteis (CAMMAROTA & COELHO, 2001). Desta forma, verifica-se a necessidade do estudo de novas formas de degradação destes corantes que sejam realmente efetivas e satisfatórias.
2.3 PROCESSOS DE REMOÇÃO DE COR DE EFLUENTES TÊXTEIS
A indústria têxtil contribui significativamente para a poluição dos rios em algumas regiões do Brasil, ao transformar fibras naturais e sintéticas em tecidos e outros produtos.
Em algum ponto do processo de fabricação de tecidos, operações de processamento químico úmido são necessárias para preparar, purificar, colorir ou acabar adequadamente o produto. Isso resulta na geração de efluentes, cuja carga de poluentes provém não somente da remoção de impurezas das próprias matérias-primas, como também dos reagentes químicos residuais usados no processamento (CAMMAROTA & COELHO, 2001).
Enquanto compostos orgânicos colorantes geralmente conferem apenas uma fração minoritária da carga orgânica residuária, sua coloração presta- lhe um aspecto inaceitável.
A descarga de efluente da indústria têxtil e de materiais corantes nas vizinhanças de corpos receptores hídricos, assim como os atuais sistemas de tratamento das águas residuárias, têm causado, atualmente, significantes preocupações para as agência s regulatórias do meio ambiente (BANAT et al., 1996).
Águas residuárias de indústrias têxteis, de papel e de estamparia, e de tinturarias são caracterizadas por altas demandas químicas e bioquímicas de oxigênio (DQO e DBO), sólidos suspensos e cor intensa devido ao uso intensivo de corantes sintéticos. O descarte direto destes efluentes no esgoto municipal e/ou no ambiente pode causar a formação de produtos tóxicos cancerígenos. Como corantes de estrutura molecular complexa são resistentes à remoção por populações microbiológicas típicas e podem ser tóxicos para os microrganismos presentes no tratamento de esgoto, o descarte destes no sistema de tratamento de esgotos pode levar ao seu fracasso (NYANHONGO et al., 2002).
Deste modo, métodos para remoção da cor das águas de rejeito têm recebido enorme atenção nos últimos anos. De um modo geral, a efetividade da remoção da cor pode ser avaliada por um padrão espectrofotométricamente permitido, o qual pode ser usado para controlar a diluição do corante nas águas dos rios. Assim, através da comparação direta entre absorbância da amostra de um efluente e o padrão de qualidade requerido para coloração em rios, é possível avaliar o grau de contaminação previsto.
Entretanto, a níveis não detectáveis em escala espectrofotométrica, o problema é mais sério e envolve acumulação, bio-disponibilidade, etc (GUARATINI & ZANONI, 2000).
As discussões em torno da eficiência, viabilidade e custos dos métodos de tratamento empregados, estão bastante presentes nas investigações sobre efluentes têxteis.
Comumente, são determinadas as propriedades físicas, como temperatura, turbidez, teor de
sólidos, odor, cor, vazão, material retido, removido ou produzido; químicas: DBO, DQO, formas de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitritos e nitratos), fósforo, óleos e graxas, sais, metais, pH, alcalinidade e propriedades biológicas: número e tipos de microrganismos (BALAN, 1999).
Têm-se utilizado vários métodos de remoção de corantes e de outros compostos químicos existentes no efluente. Normalmente utilizam-se processos físico-químicos como oxidação química (empregando como agentes oxidantes cloro, H2O2 ou ozônio), coagulação/floculação, precipitação, troca iônica, adsorção (em carvão ativado e bio- adsorventes), tecnologias com membranas (ultrafiltração, microfiltração e nanofiltração) e processos biológicos convencionais, em que o processo de lodo ativado é reconhecidamente o mais representativo, dentre os mais utilizados na indústria têxtil (BRÁS et al., 2002).
Processos físico-químicos e biológicos convencionais, como coagulação química e lodo ativado, apresentam bons resultados na redução carbonácea, no entanto têm como inconveniente a alta produção de lodo e a necessidade de disponibilidade de grandes áreas para a implantação do processo de tratamento e de aterros sanitários industriais para a disposição deste lodo (HASSEMER & SENS, 2002).
A adsorção parece ser o método de remoção de cor mais eficiente dentre os testados. O adsorvente mais comumente usado é carvão ativado em pó, que é caro.
Recentes relatórios indicaram a possibilidade de uso de outros adsorventes como zeólitas, bentonitas, banosintéticos, lava, etc. no lugar do carvão ativado em pó, para a remoção de cor do efluente. No entanto, os corantes não podem ser convertidos em CO2 a partir da adsorção, eles são transferidos da fase líquida para a sólida (KAPDAN et al., 2000).
O uso da técnica de coagulação/floculação usando polieletrólitos e/ou floculantes inorgânicos (sais de ferro e alumínio) apresenta grau variável de sucesso como tratamento terciário para remoção da cor do efluente têxtil. O método pode efetivamente remover a coloração de rejeitos tratados logo na fonte de saída, ou seja, antes da descarga nos reservatórios a níveis de padrão permitidos. O resultado depende do tipo de corante a ser removido, composição, concentração e fluxo de produção do rejeito. Entretanto, para se obter uma alta eficiência da técnica normalmente utiliza-se um excesso de polieletrólito (Al2(SO4)3, amônia, etc.), que por sua vez irá acrescentar um resíduo potencial no efluente (GUARATINI & ZANONI, 2000).
Processos de separação molecular, fundamentados na utilização de membranas, podem ser bastante eficientes. Entretanto, a completa remediação deste tipo de efluente
implica a utilização de processos de ultra ou nanofiltração, economicamente inviáveis para o tratamento de grandes volumes de efluente (ZAMORA et al., 2002).
É importante verificar que os processos descritos anteriormente como alternativa no tratamento do efluente gerado pela indústria têxtil, além das desvantagens assinaladas, correspondem a processos não destrutivos. Desta forma, novos processos envolvendo a degradação dos compostos presentes no efluente estão sendo desenvolvidos.
Segundo GUARATINI & ZANONI (2000) as técnicas de tratamento utilizando-se degradação química baseiam-se principalmente na reação oxidativa pelo cloro ou ozônio.
As técnicas de destruição baseadas no uso de ozônio têm se mostrado mais efetivas do que aquelas com cloro, que são insatisfatórias para alguns tipos de corantes (corantes dispersos e diretos), além de apresentarem a vantagem adicional de não produzir íons inorgânicos, como no tratamento com cloro. O método é baseado na remoção da cor do efluente através da clivagem das moléculas do corante em processo catalítico ou radiação ultravioleta. Tais técnicas podem ser usadas em grandes volumes de efluente, sendo razoavelmente rápidas, porém apresentam um alto custo.
De acordo com os autores, processos de eletrólise dos corantes também têm sido utilizados como medida alternativa. Neste sistema a degradação da molécula é realizada eletroquimicamente pela aplicação de potencial ou corrente controlada, ou através de reagentes secundários gerados eletrolíticamente. O alto gasto com a energia usada, além da produção de reações paralelas, tais como cloro, radicais hidroxila e outras reações indesejáveis, têm diminuído a potencialidade do método. Entretanto, alguns autores têm demonstrado que métodos de degradação destes produtos via oxidação química ou eletroquímica poderiam ser melhor aproveitados com investimento em novos estudos visando a geração de metabólitos com características menos tóxicas e diminuição no custo.
Como corantes sintéticos são resistentes à degradação biológica, a remoção de cor por bioprocessos é difícil. A descoloração geralmente ocorre pela adsorção de corantes na bactéria, mais que pela oxidação em sistemas aeróbicos. Alguns microrganismos anaeróbicos podem biodegradar corantes por atividade de azoredução. No entanto, o efluente pode se apresentar tóxico, no fim da biodegradação do corante. Além disso, se expor os produtos da degradação anaeróbica ao oxigênio, pode ocasionar uma coloração reversa (KAPDAN et al., 2000). Estes problemas limitam a utilização em larga escala da descoloração por bactérias.
Novos estudos e pesquisas vêm sendo desenvolvidos de forma a se resolver o problema do tratamento dos efluentes têxteis e manter o equilíbrio ecológico. Neste
contexto, a descoloração de resíduos com corantes utilizando fungos ligninolíticos e suas enzimas têm se tornado uma alternativa promissora para substituir ou complementar os processos de tratamento convencionais.
2.4 OS FUNGOS
Os fungos, também chamados bolores, mofos ou cogumelos, estão presentes constantemente em nossas atividades diárias (AZEVEDO, 1997). Durante muito tempo eles foram considerados como vegetais e, somente em 1969, passaram a ser classificados em um reino à parte denominado Fungi (TRABULSI & ALTERTHUM, 2004).
Os fungos apresentam um conjunto de características que permitem sua diferenciação das plantas: não sintetizam clorofila nem qualquer pigmento fotossintético;
não têm celulose na parede celular, e não armazenam amido como substancia de reserva. A presença de substâncias quitinosas na parede da maior parte das espécies fúngicas e a capacidade de armazenar glicogênio os assemelham às células animais (TRABULSI &
ALTERTHUM, 2004).
Os fungos são seres vivos eucarióticos e unicelulares, como as leveduras, ou multicelulares, como os fungos filamentosos ou bolores e os cogumelos (fungos macroscópicos) (TRABULSI & ALTERTHUM, 2004).
Os fungos, na maioria, são terrestres e aeróbios, e crescem rapidamente. As hifas o qualquer outra estrutura somática e, portanto não necessariamente as estruturas reprodutivas, são capazes de regene rar um novo indivíduo. As hifas freqüentemente se anastomosam, mesmo originadas de micélios ou esporos diferentes, aumentando assim a superfície e as relações que podem estabelecer com o ambiente (BONONI, 1999).
Os fatores climáticos que mais influenciam no desenvolvimento dos fungos são a umidade e a temperatura. Para que o esporo germine é preciso uma umidade relativa ambiental alta para a maioria das espécies. Com relação à temperatura, esta deve se manter entre os limites suaves de 10 a 25ºC, para a grande maioria dos fungos. No entanto, existem espécies que se desenvolvem em baixas ou altas temperaturas, em pleno inverno, ou em pleno verão (CALONGE, 1990).
Com relação ao pH, é conhecido e demonstrado que os fungos suportam pH ácido, de forma que para a grande maioria dos fungos o pH ótimo oscila entre 4 e 6, o que não indica que seja uma regra geral, uma vez que na natureza podemos observar espécies fúngicas adaptadas aos mais diferentes solos (CALONGE, 1990).
Além destes, existem outros fatores que podem influenciar no crescimento dos fungos, tais como luz, anidrido carbônico, oxigênio, entre outros. Existem espécies que para se formarem necessitam de uma determinada intensidade de luz e, ás vezes de um tipo especial de comprimentos de onda nas radiações recebidas, que atuam como estimulantes.
Outras, no entanto, se desenvolvem em escuridão completa, outras em penumbra e algumas, ainda, sofrem de fototropismo (CALONGE, 1990).
A parede celular dos fungos é uma estrutura rígida que dá forma à hifa e a protege das agressões do meio externo. É constituída principalmente de quitina, glucanas, mananas, proteínas e lipídios, porém a quitina é o constituinte principal pois, é o que realmente dará o componente estrutural da parede. Além disso, se tem demonstrado que fatores externos tais como: composição do meio, valores do pH e a temperatura influem profundamente sobre a composição das paredes (RAVEN et al., 2001).
O Reino Fungi é constituído pelos filos Cytridiomycota, Zygomycota, Ascomycota e Basidiomycota. Dentro do filo Basidiomycota, uma das classificações mais aceitas em nível de Classe é: Classe Basidiomycetes, que inclui todos os fungos com basidiomas macroscópicos, Classe Teliomycetes, que inclui as ferrugens e Classe Ustomycetes incluindo os carvões (BONONI, 1999). Fungos pertencentes à Basidiomycetes vem sendo muito estudados quanto à sua utilização em processos bioctenológicos.
A maioria dos processos biotecnológicos utilizando fungos basiodiomicetos baseia- se nos seus produtos metabólicos, como enzimas e polissacarídeos. A importância do aparato enzimático dos basidiomicetos está diretamente relacionada à bioconversão de resíduos lignocelulósicos, tanto para a produção de alimento quanto para a produção de polissacarídeos. Além disso, este mesmo aparato enzimático está relacionado com os processos de biodegradação de compostos xenobióticos, como por exemplo na biorremediação de solos contaminados e no tratamento de efluentes da indústria papeleira e têxtil (BONONI, 1999).
A maioria das espécies de basidiomicetos utiliza os componentes da madeira para seu crescimento. Dentre os degradadores de madeira, pode-se destacar dois grande grupos:
1) fungos causadores da podridão branca e 2) fungos causadores da podridão parda. Os causadores da podridão branca são providos de sistema enzimático que os tornam capazes de utilizar fontes complexas de carbono, sendo assim responsáveis pela degradação da celulose, hemicelulose e lignina, quebrando-a em moléculas menores de CO2 e água. Por isso, são denominados fungos lignocelulíticos. Esta capacidade está associada, pelo menos
em parte, ao fato dos fungos secretarem peróxido de nitrogênio e uma família de enzimas peroxidades (lignina peroxidades- LiP, manganês peroxidase-MnP) (BONONI, 1999).
De modo geral o processo de degradação inicia-se com a liberação das enzimas extracelulares para o meio externo à hifa do fungo, onde irá ocorrer a degradação das moléculas complexas do substrato, como lignina, celulose e hemicelulose, quebrando-as em moléculas menores para então serem absorvidas pelo fungo para sua nutrição (BONONI, 1999).
Foi a partir do entendimento deste mecanismo básico de degradação da lignina por fungos de podridão branca que se propôs a utilização destes fungos na degradação de poluentes ambientais (BONONI, 1999).
Os estudos acerca da utilização de basidiomicetos tanto na biorremediação de materiais e ambientes contaminados quanto no tratamento de efluentes industriais é bastante recente no mundo e está começando a despertar interesse no Brasil. Sabendo-se que a biodiversidade brasileira é uma das fontes de recursos a ser melhor conhecida e estudada, pode-se afirmar que existe grande potencial de aplicação de espécies de fungos basidiomicetos a ser pesquisado e adaptado a processos de descontaminação ambiental (BONONI, 1999).
2.5 DEGRADAÇÃO DE CORANTES E EFLUENTES TÊXTEIS POR FUNGOS
Nos últimos anos, os estudos de degradação de xenobióticos por fungos basidomicetos, têm-se intensificado e diferentes taxas de degradação têm sido demonstradas, considerando as diferenças entre as espécies e as condições de crescimento utilizadas para tanto. Considerando-se a enorme diversidade dos fungos basidiomicetos é necessário, inicialmente, selecionar as espécies que apresentem maior potencialidade de degradação de xenobióticos e que consigam se desenvolver nas condições de meio ou materiais a serem biorremediados (BARR & AUST, 1994).
A capacidade dos basidiomicetos em degradar compostos xenobióticos deve-se à semelhança entre as estruturas da molécula de lignina e as moléculas de alguns compostos sintéticos, principalmente compostos aromáticos.
Segundo BONONI (1999), a natureza inespecífica deste mecanismo de degradação permite que até mesmo misturas complexas de poluentes sejam degradadas. Esta capacidade de mineralizar uma grande variedade de compostos químicos estruturalmente diferentes pode ter muitas vantagens na biodegradação de poluentes ambientais. AUST
(1990) resumiu algumas das vantagens de se utilizar os fungos lignocelulósicos em processos de biorremediação e tratamento de resíduos, quais sejam:
1. o sistema enzimático, sendo extracelular, pode atuar em substratos insolúveis ou complexados aos solos, e, portanto pouco acessíveis à ação bacteriana;
2. o sistema, sendo inespecífico, pode ser usado para uma ampla variedade de poluentes orgânicos ou mesmo de misturas deles;
3. o sistema, sendo produzido em resposta às condições de limitação de nutrientes, não necessita ser induzido pela exposição prévia ou pela presença de lignina ou do composto poluente;
4. este grupo de fungos possui vantagens competitivas, com relação aos outros microrganismos, quando materiais lignocelulósicos são utilizados como fontes de carbono;
5. a degradação da lignina ocorre até que sua concentração seja reduzida a níveis não detectáveis e os produtos finais são CO2 e água. Este é o tipo de processo desejável na degradação de xenobióticos.
Como os fungos da podridão branca não requerem precondicionamento para poluentes em particular, porque a secreção da enzima depende mais da limitação de nutriente, tanto nitrogênio como carbono, do que da presença de poluentes, o sistema de enzimas extracelulares possibilita a estes fungos tolerarem altas concentrações de poluentes (KAPDAN et al., 2000).
Os primeiros estudos relatando a descoloração de corantes por fungos ligninolíticos foram publicados no início da década de 80 quando GLENN & GOLD (1983) utilizaram corantes poliméricos em seus ensaios, buscando compostos mais simples, baratos e disponíveis comercialmente com alto grau de pureza em substituição as ligninas radiomarcadas utilizadas como substratos nos ensaios de biodegradação de lignina. Os ensaios revelaram que a descoloração era conseqüência do metabolismo secundário do Phanerochaete chrysosporium, ocorrendo paralelamente à degradação da lignina, sendo também reprimida por altos níveis de nitrogênio, fortemente dependente da concentração de oxigênio e inibida por inibidores conhecidos da degradação da lignina.
Os estudos prévios, em sua maioria, enfocam as enzimas degradadoras de lignina de Phanerochaete chrysosporium e Trametes versicolor. Recentemente, no entanto, tem-se verificado aumento no interesse em estudar as enzimas modificadoras de lignina de grande número de fungos da podridão branca, não apenas do ponto de vista da biologia comparativa, mas também com a expectativa de encontrar melhores sistemas degradadores de lignina para o uso em várias aplicações biotecnológicas (LEVIN et al., 2004).
Com o intuito de testar a atividade ligninolítica e celulósica de microrganismos, o complexo celulose-RBBR (“remazol brilhante blue R”) foi empregado por VYAS &
MOLITORIS (1995) para detectar a quebra e a descoloração do corante. A remoção do corante por Phanerochaete chrysosporium foi devida à ação da enzima lignina peroxidase (LiP), por ele produzida. No entanto, a descoloração por Pleurotus ostreatus ocorreu mesmo sem a presença de LiP.
BANAT et al. (1996) testaram a degradação de dezoito azo-corantes em várias concentrações, sendo que o fungo P. chrysosporium mostrou-se capaz de descolorir os corantes, particularmente quando o álcool veratrílico estava presente no meio. Acredita-se que o álcool veratrílico estimula a atividade das ligninases, aparentemente ligadas à descoloração. Entre os dezoito azo-corantes testados, somente oito foram degradados com 40-70% de remoção de cor, sendo essa degradação devida ao sistema enzimático degradador de lignina ou por adsorção desses à massa miscelial.
YOUNG & YU (1997) compararam a capacidade de degradabilidade de oito corantes (incluindo índigo, complexos metálicos, antraquinona e azo) por Phanerochaete chrysosporium e Trametes versicolor. De acordo com os autores, P. chrysosporium é um degradador versátil de corantes sintéticos de várias estruturas químicas, sendo as reações catalisadas por ligninases e não peroxidades dependentes de manganês. Os corantes com diferentes estruturas foram descoloridos em taxas diferentes e geralmente altas concentrações do corante resultaram em menores taxas de descoloração.
Tem-se demonstrado que culturas vários fungos ligninolíticos da podridão branca degradam e descolorem vários tipos de corantes e, que outras enzimas, tais como manganês peroxidase, lacase e aril álcool peroxidase, além da lignina peroxidase, estão envolvidas nestes processos (VYAS & MOLITORIS, 1995; RODRIGUEZ et al., 1999).
Além disso, os estudos demonstraram que entre os fungos capazes de descolorir e degradar corantes, utilizando suas enzimas ligninolíticas, estão as espécies pertencentes aos gêneros Pleurotus, Coriolus, Lentinus, Trametes, Bjerkandera, entre outros. CHAGAS &
DURRANT (2001) avaliando a descoloração de azocorantes afirmam que as enzimas Mn- peroxidase e ?-glucosidase podem estar envolvidas na descoloração dos corantes por P.
chrysosporium e, que para Pleurotus sajorcaju, além da lacase, a enzima glucose-1- oxidase pode participar do processo.
Dezesseis linhagens de fungos, conhecidas por sua habilidade em degradar materiais ligninocelulósicos ou derivados de lignina, foram testadas por HEINFING et al.
(1997) em seu potencial em descolorir corantes têxteis reativos comercialmente usados.
