DOI: https://doi.org/10.31692/ICIAGRO.2020.0294
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RESÍDUO DA INDÚSTRIA CERVEJEIRA: POTENCIAL DE USO COMO BIOSSORVENTE DE FÁRMACOS DE ÁGUAS RESIDUAIS
BREWEING INDUSTRY WASTE: POTENTIAL FOR USE AS BIOSORBENT OF DRUGS FROM WASTEWATERS
Gabriela Thais Cavaleiro dos Reis1, Giselle Maria Maciel2, Priscila Ayumi Sybuia3, Rafael Castoldi4 Cristina Giatti Marques de Souza4
Resumo
A levedura de cervejaria, após seu uso na produção de cerveja, torna-se um resíduo cujo aproveitamento pode ocorrer de diversas formas. Vários são os estudos a respeito do uso de biossorventes alternativos para tratamento de águas residuais. Este trabalho teve como objetivo, avaliar a adsorção do fármaco paracetamol usando a levedura de cerveja como biossorvente. A levedura, adquirida de uma cervejaria de Maringá, foi lavada, seca e moída. A quantidade de 0,05 g foi adicionada à solução de paracetamol (100 g/mL). Após agitação por 1 hora, a solução foi filtrada. O filtrado foi analisado usando espectroscopia UV, a 243 nm. A concentração residual do fármaco em solução foi calculada por regressão linear. Em solução tampão McIlvaine, pH 7,0 a 25 ºC, proporcionou que a levedura adsorvesse a maior quantidade de paracetamol. O valor de pH 5,0 foi pior para o processo. Temperaturas acima de 20 °C melhoraram a adsorção em pH 5,0. Tempo superior a 3 horas foram desfavoráveis, uma vez que ocorreu a dessorção do fármaco da biomassa da levedura.
Palavras-Chaves: biossorção, biomassa, acetaminofeno, água contaminada. Abstract
Brewery yeast, after its use in beer production, becomes a residue that can be used in different ways. There are several studies regarding the use of alternative biosorbents for the treatment of wastewaters. This work aimed to evaluate the adsorption of the acetaminophen using brewer´s yeast as a biosorbent. The yeast, purchased from a brewery in Maringá, was washed, dried and ground. The amount of 0.05 g was added to the acetaminophen solution (100 g / mL). After stirring for 1 hour, the solution was filtered. The filtrate was analyzed using UV spectroscopy at 243 nm. The residual concentration of the drug in solution was calculated by linear regression. In McIlvaine buffer solution, pH 7.0 at 25 ºC, the yeast adsorbed the largest amount of acetaminophen. The pH 5.0 value was worse for the process. Temperatures above 20 ° C improved the adsorption at pH 5.0. Time exceeding 3 hours was unfavorable, since the desorption of the drug from the yeast biomass occurred.
Keywords: biosorption, biomass, acetaminophen, contaminated water ____________________
1Bioquímica, UEM, gabriela-reis-@hotmail.com
2Departamento Acadêmico de Química e Biologia, UTFPR, gisellemariam@gmail.com 3Programa de Pós-graduação em Ciências Biológicas, UEM, priscila_ayumi@hotmail.com 4Departamento de Bioquímica, UEM, rcastoldi2@uem.br
Introdução
Pesquisas apontam que os métodos atualmente utilizados nas Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) não são totalmente eficazes, o que tem promovido a contaminação das águas superficiais por resíduos oriundos deste processo. Faz-se necessário avaliar processos convencionais para identificar outros meios de remoção completa de micropoluentes e prevenir seu despejo no ecossistema natural (BAUTITZ, 2006).
Nos processos tradicionais de remoção de substâncias tais como metais pesados são a coagulação e a sedimentação. A adsorção é um método alternativo, sendo bastante eficiente. O carvão ativo é o adsorvente mais utilizado na remoção, tanto de metais como de componentes orgânicos. O uso do carvão ativo tem alto custo, mas estudos têm demonstrado que outros materiais biológicos podem ser utilizados na adsorção de resíduos de ambientes aquáticos. Estes materiais podem ter menor custo e proporcionarem menor impacto ao meio ambiente (JEON 2012, TAKEY et al. 2014)
Biomassa é todo material orgânico, oriundo de fonte vegetal, animal ou microbiano bem como seus materiais que passaram por transformações, sejam elas naturais ou não. A biomassa viva ou morta passa a ser uma alternativa para uso em processos de adsorção sendo chamada de biossorvente e neste caso a adsorção passa a ser denominada de biossorção. Na adsorção, um componente em uma fase solúvel é transferido (adsorvido) para uma fase sólida (DHANKHAR & HOODA, 2010). A parede celular dos fungos possui grupos que conseguem se ligar e concentrar determinados tipos de moléculas podendo envolver uma variedade de mecanismos como troca iônica, complexação, adsorção física e ou química (STAFUSSA, 2014). A levedura Saccharomyces cerevisiae utilizada na produção de cerveja e nas destilarias de etanol é produzida em grande quantidade e seu destino ainda é bastante limitado, servindo principalmente para produção de ração animal (PÁDUA et al., 2000; FERREIRA et al., 2010). Inúmeros materiais têm sido testados como biossorventes, entre eles a levedura de cerveja após o processo de esgotamento da produção industrial (STAFUSSA, 2014).
Os produtos farmacêuticos são um grupo grande de compostos destinados a prevenir, curar e tratar doenças. Estes compostos têm estrutura química bastante diversificada e seu uso tem aumentado bastante nos últimos anos (JELIC et al., 2010). Os analgésicos, anti-inflamatórios e antibióticos são os mais consumidos. Normalmente os fármacos não são completamente metabolizados no organismo de humanos e animais sendo excretados em sua forma biologicamente ativa pelas fezes e urina. O resultado disto é que os sistemas de esgoto recebem estes fármacos que nem sempre são eliminados através dos tratamentos convencionais (LI et al., 2014; GUERRA et al., 2014). Embora esses micropoluentes sejam encontrados em concentrações baixas existe a dúvida poderiam ser tóxicos a humanos e animais (LUO et al.
2014) e considera-se ainda que podem exercer diferentes efeitos na vida selvagem e nos ecossistemas (GAO et al., 2012; REPICE et al., 2013). O paracetamol é um fármaco bastante utilizado como analgésico, bem como outros inúmeros compostos que poluem as águas e podem ter efeitos negativos sobre meio ambiente aquático e a saúde do homem e animal (SODRÉ et al., 2007; GUERRA et al., 2014; ABDULLAH et al.; 2016). É importante que materiais alternativos, como biomassa microbiana possa ser avaliada quanto ao seu potencial de adsorção na remoção ou redução deste e de outros fármacos de soluções aquosas.
A levedura, Saccharomyces cerevisiae utilizada na produção de cerveja e nas destilarias de etanol é produzida em grande quantidade e seu destino ainda é bastante limitado servindo principalmente par produção de ração animal (PÁDUA et al., 2000; FERREIRA et al., 2010). Neste estudo foi avaliada a adsorção do fármaco acetaminofeno, por levedura residual de cervejaria.
Material e Métodos
Levedura e fármaco: a levedura esgotada do processo produção de cerveja foi obtida de uma cervejaria da cidade de Maringá- PR. O paracetamol gotas (200 mg/mL), foi comprado de uma farmácia do comércio da mesma cidade.
Procedimento: a levedura foi lavada com água destilada e seca a 40 °C por 24 horas. Em seguida, foi moída e armazenada em frasco fechado, em lugar seco, até o uso. Uma quantidade de levedura (0,05 g) foi misturada com 100 mL de solução de paracetamol na concentração de 100 g/mL, em frascos erlenmeyer, de 250 mL, que permaneceram sob agitação (125 rpm), no escuro e a 25 °C. Após 1 hora as amostras foram filtradas a vácuo e a concentração de paracetamol não adsorvido determinada usando espectrofotômetro (243 nm). A quantidade de paracetamol biossorvido na biomassa da levedura foi obtida usando a seguinte equação:
Onde q é a capacidade de biossorção (mg/g), C0 e Cf são as concentrações de paracetamol
(mg/L) na solução inicial e depois da adsorção, respectivamente, V é o volume da fase aquosa (L) e M é a quantidade de biomassa (g).
Determinação do paracetamol por espectrofotometria: a curva de calibração do paracetamol foi realizada diluindo-se o produto em água destilada para obter concentrações de 2 a 10 g/mL. As leituras foram realizadas a 243 nm e os dados (Absorbância versus concentração) plotadas em um programa gráfico. A inclinação da reta (0,0850,002) foi obtida através de regressão linear usando o programa Grph Pad Prism 5.0.
Condições de biossorção:
Influência do pH na biossorção do paracetamol: solução de paracetamol (100 g/mL) foi preparada em tampão Mc Ilvaine nos valores de pH de 2,0, 3,0, 5,0, 7,0 e 9,0. Solução tampão com levedura serviu de controle. As amostras foram filtradas após 1 hora sob agitação de 125 rpm e 25 ºC, no escuro.
Influência do tempo na biossorção do paracetamol: para avaliar o melhor tempo para o processo de adsorção, a solução de paracetamol com levedura em pH 5,0 foi preparada como descrito anteriormente e deixada a 25 ºC e 125 rpm variando-se o tempo de interrupção em 0,5, 1, 3, 5 e 15 horas.
Influência da temperatura na biossorção do paracetamol: a solução de paracetamol foi preparada em Tampão Mc Ilvaine pH 5,0 conforme descrito anteriormente e deixada nas mesmas condições. As amostras permaneceram por 1 hora a 20, 25, 30 e 40 ºC.
Resultados e Discussão
Efeito do PH na biossorção do paracetamol
A parede celular dos fungos possui grupos químicos que conseguem se ligar e concentrar determinados tipos de moléculas. Uma variedade de mecanismos pode estar envolvida neste processo como troca iônica, complexação, adsorção física e ou química (STAFUSSA, 2014). Vários estudos comprovam o potencial do uso da biomassa fúngica na remoção de xenobióticos em águas residuais (AKAR & TUNALI, 2005; MACIEL et al., 2013; ARAUJO et al., 2020). Neste estudo foi avaliado a influência do pH na biossorção do paracetamol usando levedura como adsorvente. Os dados mostram que a biomassa teve sua capacidade de sorção do fármaco (mg/g) aumentada quando o pH foi modificado (Figura 1). Em solução não tamponada, ou seja, paracetamol diluído em água destilada, ocorreu uma taxa de adsorção de apenas 13,6 mg/g. O mudança do pH do meio mostrou ser de grande importância para promover a biossorção uma vez que em pH neutro ocorreu a maior taxa (136,7mg/g). O valor de pH no qual ocorreu a pior taxa de foi o de 5,0, levando ao estudo de outras condições que pudessem melhorar o desempenho neste valor. Um estudo realizado com a biomassa morta de Aspergillus flavus mostrou maior biossorção do corante laranja de metila em pH 5,5, no entanto, no mesmo estudo, o metal pesado Pb foi mais biossorvido em pH7,0 em detrimento a valores mais baixos de pH (TAKEY et al., 2014).
Influência do tempo de contato e da temperatura:
A mudança de parâmetros no processo de adsorção do paracetamol em pH 5,0 levou a melhores resultados (Figura 2 – A e B). Em relação ao tempo de contato, os dados mostram que em períodos mais extensos, acima de 3 horas, ocorreram baixas taxas, 7,48 mg/g em 5
horas de contato. A capacidade de biossorção da levedura, em 3 horas foi de 58,27 mg de paracetamol por g de biomassa. A diminuição na taxa de sorção indica um processo de dessorção sofrido pela biomassa (Figura 2 A). Estudos de dessorção são importantes no que tange ao reuso de materiais adsorventes em processos de remediação de águas contaminadas.
Temperaturas mais elevadas melhoraram a adsorção do fármaco no pH 5,0 (Figura 2 B). Temperaturas é um parâmetro que influencia nos processos de adsorção, mas segundo Jnr & Spiff (2005) este parâmetro não é muito estudado em experimentos de biossorção, que geralmente são realizados entre 25 e 30 ºC. Estudos com a biomassa de Caladium bicolor mostraram que houve maior adsorção de Pb2+ e Cd2+ em temperaturas entre 30 e 50 ºC e em temperaturas mais elevadas (80 ºC) a taxa foi menor (JNR & SPIFF, 2005). Resultados semelhantes foram obtidos por Silva et al, 2015 em relação à adsorção do corante azul de metila por biomassa de albedo da laranja. Nossos dados mostraram que ocorreu maior biossorção do paracetamol a 30-40 ºC.
Figura 1. Biossorção do paracetamol pela levedura de cerveja: q indica a quantidade de fármaco em mg que foi adsorvido por g de biomassa. O Tampão McIlvaine foi usado nos valores de pH indicados. 2 3 5 7 9 0 50 100 150 pH q (m g /g ) Fonte: Própria (2019).
Figura 2. Influência da Temperatura (A) e do tempo (B) na adsorção do paracetamol pela levedura de cervejaria em Tampão McIlvaine pH 5,0.
0 3 6 9 12 15 0 10 20 30 40 50 60 70 A tempo (h) q (m g /g ) 0 20 40 60 20 25 30 40 B q (mg/g) T e m p e ra tu ra ( ºC ) Fonte: Própria (2019) Conclusões
Inúmeros materiais têm sido testados como biossorventes, entre eles a levedura de cerveja após o processo de esgotamento da produção industrial. O paracetamol é um fármaco bastante utilizado, bem como outros inúmeros compostos que poluem as águas e podem ter efeitos negativos sobre meio ambiente aquático e a saúde do homem e animal. É importante que materiais alternativos, como uma biomassa microbiana possa ser avaliada quanto ao seu potencial de adsorção deste e de outros fármacos. A levedura de cervejaria mostrou ser um biossorvente com maior eficiência em pH 7,0. O aumento da temperatura permitiu maior eficiência no processo melhorando a adsorção em pH 5,0. Tempos acima de 3 horas mostraram que pode ter ocorrido a dessorção do fármaco. Materiais alternativos como biomassa de fungos devem ser estudados visando promover a melhoria dos processos de tratamento de águas residuais.
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