AÇÚCARES NA OBTENÇÃO DE BIOSSURFACTANTES
MOURA, Thaysa Maria de Farias1*; COSTA, Larissa Vasconcelos1; PRADO, Aline Alves
Oliveira Santos2; RUZENE, Denise Santos3; SILVA, Daniel Pereira1
1 Departamento de Engenharia de Produção, Universidade Federal de Sergipe 2 Rede Nordeste de Biotecnologia RENORBIO, Universidade Federal de Sergipe 3 Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal de Sergipe
* email: [email protected]
Resumo: Os biossurfactantes têm demonstrado grande importância para indústria ao decorrer
do tempo. Eles têm sido utilizados como componentes de produtos de limpeza, aditivos, agentes de limpeza de superfície, cosméticos, encontrados na indústria de petróleo e em fármacos. Para aumentar a produção desses compostos com um valor mais acessível vários estudos em busca de substratos adequados surgiram. O presente trabalho é uma revisão bibliográfica, que objetiva abordar o tema relacionado aos açúcares como fonte de carbono para a obtenção de biossurfactantes. Estudos apontam os açúcares como boas fontes de carbono, porém o potencial de produção ainda é baixo, sendo necessário buscar formas de incrementá-los.
Palavras-chave: Biossurfactante, Açúcares, Biotecnologia.
1. INTRODUÇÃO
A maioria dos surfactantes químicos são produzidos a partir de derivados de petróleo, logo representam riscos ao meio ambiente. O aumento da preocupação com o meio ambiente e as novas legislações de controle ambientais tem levado à procura por agentes surfactantes naturais, pois representam uma opção para substituir os surfactantes químicos nos produtos dos quais fazem parte (NITSCHKE e PASTORE, 2002).
Por outro lado, biossurfactantes são compostos microbianos que possuem em sua estrutura molecular porções hidrofóbicas (apolares) que geralmente é um hidrocarboneto linear ou
ramificado apresentando ou não duplas ligações e/ou grupos aromáticos e outra hidrofílica (polares) que é constituída por grupamentos aniônicos, catiônicos, não-aniônicos ou anfóteros sendo por isso considerados moléculas anfipáticas que permitem a formação de estruturas especializadas, vitais à sua ação (SINGH et al., 2007).
Essa estrutura exibe propriedades como adsorção, formação de micelas, formação de macro e micro emulsões, reduzem as tensões interfaciais entre líquidos, sólidos e gases e conferem excelente detergência (DUBEY e JUWARKAR, 2001). Os biossurfactantes possuem vantagens especiais sobre surfactantes químicos, como baixa toxicidade, altamente biodegradáveis, melhor conciliação com o ambiente, capacidade de formar espuma mais elevada, alta capacidade de atuar em condições especificas de temperaturas extremas, pH e salinidade e capacidade de síntese a partir de matérias-primas renováveis (DESAI e BANAT, 1997).
Bactérias, leveduras e fungos filamentosos são microrganismos capazes de produzir biossurfactantes na presença de diferentes fontes de carbono. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem como objetivo revisar trabalhos que utilizaram os açúcares como fonte de carbono para a obtenção de biossurfactantes.
2. BIOSSURFACTANTES: CONCEITO
Os surfactantes tem ampla utilização no setor industrial, sua principal fonte para produção são os derivados de petróleo (NITSCHKE e PASTORE, 2002). Surfactantes são componentes anfifílicos (ou anfipáticas), ou seja, que tem uma região hidrofóbica e outra hidrofílica, permitindo uma interação com meios aquosos ou oleosos, essa característica possibilita a redução da tensão superficial, emulsificação e formação de espuma (MARCHANT e BANAT, 2012). Mulligan (2005) afirma que a parte hidrofóbica fica concentrada na superfície enquanto a hidrofílica se direciona para solução.
Assim como tem ocorrido com as fontes de energia na atualidade, novas alternativas estão sendo utilizadas para substituir os surfactantes sintéticos, devido a nova legislação e a preocupação com o impacto ambiental, outro ponto comum entre as fontes de energia e as fontes de produção de biossurfactantes é o fato de que a produção, em alta escala, a partir dessas fontes é de alto custo, para conseguir mudar essa situação novas formas de obtenção de surfactantes estão sendo estudadas e aprimoradas (NITSCHKE e PASTORE, 2002).
Os biossurfactantes são, muitas vezes, produzidos por bactérias capazes de se desenvolverem e se multiplicarem em hidrocarbonetos (RON e ROSENBERG, 2002). A
biorremediação é uma das principais utilizações do biossurfactante, mas seu uso também é recorrente na indústria de petróleo para elevação do óleo, diminuindo sua densidade e até na medicina, para tratamento terapêutico. São muitas as utilizações dos biossurfactantes devido a sua característica estrutural e propriedades físicas (MARCHANT e BANAT, 2012).
Há inúmeras vantagens na utilização dos biossurfactantes, uma delas é que a molécula é estável em altas temperaturas e também em ambientes desfavoráveis, altamente biodegradável quando utilizado ou descartado na natureza, por isso biossurfactantes já são utilizados na composição de produtos (MARCHANT e BANAT, 2012).
Os biossurfactantes são produzidos de substratos renováveis, podendo ser facilmente modificado pela engenharia genética, biologia e bioquímica (MULLIGAN e GIBBS, 1993 apud MONTEIRO et al., 2010).
Os biossurfactantes costumam ser classificados com base na natureza bioquímica do composto e sua origem microbiana, sendo classificados em cinco grupos (DESAI e DESAI, 1993): glicolipídeos: cujo grau de polaridade depende dos hidrocarbonetos utilizados como substratos; lipossacarídeos: os quais possuem massa molar elevada e são solúveis em água, sendo um exemplo desse tipo de bioemulsifícante extracelular o emulsan produzido pela bactéria Acinetobacter calcoaceticus; ácidos graxos e lipídeos neutros: os principais são ácido ustilágico, ácidos corinomicólicos, ácidos lipoteicóico e proteínas hidrofóbicas; lipopeptídeos: produzidos pelo microrganismo Bacillus subtilis, sendo a surfactina o biossurfactante mais utilizado, pois são bastante eficazes na redução de tensão superficial e interfacial; e fosfolipídeos: estruturas comuns a muitos microrganismo, onde os mais conhecidos são produzidos por Corynebacterium lepus.
3. POTENCIAL DE APLICAÇÕES
Inicialmente, biossurfactantes foram utilizados para biorremediação, porém com estudos e pesquisas diversas aplicações e áreas de utilização surgiram, podendo ser componentes de produtos de limpeza, aditivos, agentes de limpeza de superfície, cosméticos ou encontrados na indústria de petróleo e em fármacos (MARCHANT e BANAT, 2012).
Na biorremediação de óleo e petróleo são utilizados microrganismos capazes de degradar hidrocarbonetos, sejam eles de cadeias curtas ou longas ou componentes aromáticos, esses
elementos formam uma camada com baixa solubilidade e oxigênio, que propicia a ação das bactérias (RON e ROSENBERG, 2002).
Na indústria de petróleo, é utilizada a técnica de aumento da recuperação do óleo micro- organicamente (em inglês: Microbially enhanced oil recovery - MEOR), utilizando biossurfactante bruto ou uma cultura morta, por causa da baixa permeabilidade nos reservatórios ou a alta viscosidade do óleo (MARCHANT e BANAT, 2012).
Além disso, estudos realizados por Gudina et al. (2013) afirmam que biossurfactantes têm habilidades de controlar funções das células mamárias e também, agir como controlador de agentes que impedem o progresso do câncer.
4. PRODUÇÃO DE BIOSSURFACTANTES
Os biossurfactantes destacam-se dentre os demais tensoativos, pois apresentam a possibilidade de produção a partir de diferentes espécies microbianas (BANAT et al., 2010), entretanto a produção dos biossurfactantes em escala industrial ainda não foi viabilizada devido aos altos custos de sua produção aliado ao baixo rendimento da mesma (NITSCHKE e PASTORE, 2003). Para que os microrganismos cresçam e se multipliquem, é preciso que haja disposição de fontes de carbono, concentração de íons como P, N, Mg e Fe presentes no meio de cultura, sendo os tipos, a quantidade e a qualidade do biossurfactante produzido influenciados pelos constituintes do meio (ROBERT et al., 1989).
4.1. Açúcares como fonte de carbono
Novas estratégias estão sendo desenvolvidas para a obtenção de meios de cultivos de microrganismos. A literatura aponta uma ampla diversidade de fontes de carbono, entre elas os açúcares. Assim, Sarubbo et al. (2001) utilizaram glicose como fonte de carbono a partir da levedura Candida lipolytica IA 1055, apresentando-se uma alta atividade de emulsificação. Amaral et al. (2006) também utilizaram glicose para a síntese do biossurfactante denominado Yansan, com Yarrowia lipolytica IMUFRJ 50682, obtendo também uma ótima atividade de emulsificação e capacidade de estabilização de emulsões óleo/água.
Abdel-Mawgoud et al. (2008) testaram fontes de hidratos de carbono (glicose, frutose, sacarose, maltose, lactose, galactose, manose, sorbitol, glicerol, xarope de glicose, melaço, e
extrato de malte), óleos vegetais (óleo de soja e azeite), e hidrocarbonetos (hexadecano e óleo de parafina). Concluíram que a glicose, sacarose e a maltose foram as melhores fontes de carbono para o crescimento, utilizando diferentes isolados de Bacillus.
Bueno (2008) analisou glicose, sacarose, manitol, frutose, caldo de cana e glicose + frutose como fontes de carbono, obtendo como resultado a sacarose como a melhor, pois concentrações baixas dessa fonte foram suficientes para estimular alta produtividade de biossurfactante e esta alta produtividade pode ser alcançada utilizando matérias-primas baratas e regionais. Observou-se também que, apesar do caldo de cana ter altos teores de sacaroObservou-se, a preObservou-sença de outros componentes no caldo interferiu não sendo possível alcançar elevadas produtividades como com a sacarose pura e, também, a mistura de frutose + glicose não levou a boa produtividade, talvez pelo fato da presença de frutose inibir a produção, pois quando esta foi utilizada sozinha houve baixa produtividade do biossurfactante.
Entretanto, apesar da produção de biossurfactantes ocorrer na presença de fontes de carbonos solúveis em água, como os açúcares, várias pesquisas mostram que a produção de biossurfactantes são maiores quando substratos hidrofóbicos são adicionados ao meio (HOMMEL et al., 1994).
Os microorganismos consomem primeiramente os substratos hidrofílicos, no caso os açúcares, para o metabolismo celular e para a síntese da porção polar da molécula de biossurfactante, e os substratos hidrofóbicos são utilizados para produzir a porção hidrocarbônica do biossurfactante (WEBER et al., 1992).
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os biossurfactantes apresentam diversas vantagens em relação aos surfactantes sintéticos, podendo ser aplicados em diversos setores industriais. Apesar dos açúcares serem considerados uma boa fonte de carbono o seu potencial de produção é baixo. Por isso, torna-se necessário continuar a busca de alternativas para o barateamento do custo de produção, abrindo assim novas perspectivas para aumentar a eficiência da produção, tornando possível a aplicação desses compostos em um futuro próximo.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao apoio do CNPq, CAPES e FAPITEC/SE, bem como do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação
(PIBITI/UFS) e do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PIBIC/UFS) da Universidade Federal de Sergipe.
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SUGAR IN OBTAINING OF BIOSURFACTANTS
MOURA, Thaysa Maria de Farias1*; COSTA, Larissa Vasconcelos1; PRADO, Aline Alves
Oliveira Santos2; RUZENE, Denise Santos3; SILVA, Daniel Pereira1
1 Departamento de Engenharia de Produção, Universidade Federal de Sergipe 2 Rede Nordeste de Biotecnologia RENORBIO, Universidade Federal de Sergipe 3 Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal de Sergipe
* email: [email protected]
Abstract: With passage of time, the biosurfactants has demonstrating huge value for industries.
It has being use as components of cleaning products, additives, surface cleaning agents, cosmetics, found in petroleum industry and pharmaceuticals. To increase the compounds production with a value more accessible came up studies for find out appropriate substrate. The present work is a literature review that has as objective treat sugars as carbon source for obtain biosurfactants. Studies show sugars as good carbon source, however it has a low potential production, it is necessary search ways to improve it.
