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Universidade Federal de Campina GrandeCentro de Ciências e Tecnologia

Unidade Acadêmica de Engenharia QuímicaMicrobiologia do petróleo

BIOSSURFACTANTES

Professor: Flávio Luiz Honorato da Silva

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Surfactantes

São moléculas anfipáticas constituídas de uma porção hidrofóbica e uma porção hidrofílica.

Cauda HidrofóbicaParte da molécula de natureza APOLAR. O termo hidro (água) + fóbico (medo) indica que esta região não apresenta solubilidade em água.

Cabeça Hidrofílica Parte da molécula de natureza POLAR ou iônica. O termo hidro (água) + fílica (amizade) indica que esta região apresenta solubilidade significativa em água.

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Surfactantes

Tendem a se distribuir nas interfaces entre fases fluidas (óleo/água e água/óleo).

A formação de um filme nas interfaces, reduz a tensão interfacial e superficial, sendo responsável pelas propriedades únicas dos surfactantes.

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Surfactantes

Por isso, os surfactantes são adequados em uma gama de aplicações industriais envolvendo:

Detergência, emulsificação, lubrificação, capacidade espumante, capacidade molhante, solubilização e dispersão de fases;

A maior utilização se concentra na indústria de produtos de limpeza (sabões e detergentes), na indústria de petróleo e na indústria de cosméticos.

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Surfactantes

A produção mundial de surfactantes excede 3 milhões de toneladas por ano, sendo a maioria utilizada como matéria-prima para fabricação de detergentes de uso doméstico.

Vários compostos com propriedades tenso-ativas são sintetizadas por organismos vivos:

Plantas (saponinas), microrganismos (glicolipídios), organismos humanos (sais biliares).

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Surfactantes

Nos países industrializados 70-75% dos surfactantes são de origem petroquímica.

Nos países em desenvolvimento os compostos de origem natural predominam.

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SurfactantesPrincipais grupos de surfactantes de origem natural e sintética.

Naturais Sintéticos

Alquil poliglicosídeos Alcanolaminas

Biosurf actantes Alquil e aril éter carboxilatos

Amidas de ácidos graxos

Alquil aril sulf atos

Aminas de ácidos graxos

Alquil aril éter sulf atos

Glucamidas Alquil etoxilados

Lecitinas Alquil sulf onatos

Derivados de proteínas

Aquil f enol etoxilados

Saponinas Aminoóxidos

Sorbitol e ésteres de sorbitan

Betaínas

Ésteres de sacarose Co-polímeros de óxido de

etil/ propileno

Sulf atos de álcoois graxos naturais

Ácidos graxos etoxilados

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Biossurfactantes

Compostos de origem microbiana que exibem propriedades surfactantesConsistem em subprodutos metabólicos de bactérias, fungos e leveduras.

Diminuem a tensão superficial e possuem alta capacidade emulsificante.

Diminuem a tensão superficial e possuem alta capacidade emulsificante.

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Biossurfactantes

Principais classes: GlicolipídiosLipopeptídios e lipoproteínasFosfolipídios e ácidos graxosSurfactantes poliméricosSurfactantes particulados

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Biossurfactantes

Estrutura comum:Porção lipofílica usualmente composta por cadeia hidrocarbônica de um ou mais ácidos graxos, podendo ser saturados, insaturados, hidroxilados ou ramificados;Porção hidrofílica que pode ser um éster, grupo hidróxi, fosfato, carboxilato ou carboidrato.

A maioria dos biossurfactantes são neutros, ou aniônicos variando desde pequenos ácidos graxos até grandes polímeros.

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Biossurfactantes

Principais classes de biossurfactantes e microrganismos envolvidos

Tipo de Biossurfactante

Glicolipídios

-ramnolipídios

- soforolipídios

- trehalolipídios

Microrganismo

Pseudonomas aeruginosa

Torulopsis bombicola, T. apicola

Rodhococcus erythropolis, Micobacterium sp.

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BiossurfactantesPrincipais classes de biossurfactantes e microrganismos envolvidos

Tipo de Biossurfactante

Lipopeptídios e lipoproteínas

-peptídio-lipídio

- viscosina

- serrawetina

- surfactina

- Subtilisina

- gramicidina

- polimixina

Microrganismo

Bacillus licheniformis

Pseudonomas fluorescens

Serratia marcescens

Bacillus subtilis

Bacillus subtilis

Bacillus brevis

Bacillus polymyxa

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Biossurfactantes

Principais classes de biossurfactantes e microrganismos envolvidos

Tipo de Biossurfactante

Ácidos graxos, lipídios neutros e fosfolipídios

-ácidos graxos

- lipídios neutros

- fosfolipídios

Microrganismo

Corynebacterium lepus

Nocardia erythropolis

Thiobacillus thiooxidans

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BiossurfactantesPrincipais classes de biossurfactantes e microrganismos envolvidos

Tipo de Biossurfactante

Surfactantes poliméricos

- emulsan

- biodispersan

- liposan

- carboidrato-lipídio-proteína

- manana-lipídio-proteína

Surfactantes particulados

- vesículas

- células

Microrganismo

Acinetobacter calcoaceticus

Acinetobacter calcoaceticus

Candida lipolytica

Pseudonomas fluorescens

Candida tropicalis

Acinetobacter calcoaceticus

Várias bactérias

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Função fisiológica dos biossurfactantes

Emulsificação e solubilização de HC’s ou compostos insolúveis em água: facilitam o crescimento de microrganismo nestes substratos. Transporte de HC’s: função atribuída aos biossurfactantes ligados à parede celular de Candida tropicalis.Aderência-liberação da célula a superfícies: os microrganismos podem utilizar surfactantes ligados à parede para regular as propriedades da superfície celular, visando aderir ou desligar de um determinado local de acordo com sua necessidade para encontrar novos habitats com maior disponibilidade de nutrientes ou se livrar de ambientes desfavoráveis.

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Função fisiológica dos biossurfactantes

Atividade antibiótica: demonstrada por vários biossurfactantes, principalmente da classe dos lipopeptídios e glicopeptídios. Os ramnolipídios de P. aeruginosa e a surfactina de B. subtilis solubilizam os principais componentes das membranas celulares microbianas. Através da excreção destes biossurfactantes no meio, os microrganismos adquirem maior chance de sobrevivência e maior competitividade na busca por nutrientes.

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Propriedades/vantagens dos biossurfactantes

Atividade superficial e interfacial.Tolerância à temperatura, pH e força iônica.Biodegradabilidade.Baixa toxicidade.Sintetizados a partir de substratos renováveis.Grande diversidade química que possibilita aplicações específicas para cada caso particular.Possibilidade de manipulações genéticas, biológicas ou químicas permite o desenvolvimento de produtos para necessidades específicas.

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Aplicações industriais dos biossurfactantesMaior mercado é a indústria de petróleo, onde são usados na produção de petróleo ou incorporados em formulações de óleos lubrificantes.Biorremediação e dispersão no derramamento de óleos.

Remoção e mobilização de resíduos de óleo em tanques de estocagem.

Recuperação melhorada de petróleo.Aplicações terapêuticas, Agricultura, Mineração, Higiene e cosméticos, Alimentos, outros.

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Aplicações industriais dos biossurfactantes

BiorremediaçãoAumentam a interação A/O.Aceleram a degradação de vários óleos por microrganismos.Promovem a biorremediação de águas e solos.

Capacidade de emulsificação e dispersão de HC’s em água aumenta a degradação no ambiente.

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Aplicações industriais dos biossurfactantes

Podem ser usados diretamente para emulsificar e aumentar a solubilidade de contaminantes hidrofóbicos no solo.Pode ser usados microrganismos produtores ou a adição de fatores de crescimento de microrganismos selvagens capazes de produzir estes compostos.Pesquisados na biodegradação de pesticidas.São úteis na biorremediação de metais pesados tóxicos (U, Cd, Pb).

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Aplicações industriais dos biossurfactantes

Limpeza de reservatórios de óleosRemoção com solventes ou limpeza manual de resíduos e frações pesadas altamente viscosos é demorada e cara.O uso de biossurfactantes diminui a viscosidade e promove a formação de emulsões O/A, facilitando o bombeamento de resíduos e a recuperação do óleo cru após quebra da emulsãoA utilização dos biossurfactantes em substituição aos surfactantes promoveu a limpeza e recuperação de 90% dos HC’s presentes no resíduo.

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Aplicações industriais dos biossurfactantes

Recuperação melhorada de petróleo (MEOR)

Consiste na utilização de microrganismos ou produtos de seu metabolismo para a recuperação de óleo residual.Os microrganismos produzem polímeros e surfactantes que reduzem a tensão superficial óleo-rocha, reduzindo as forças capilares que impedem a movimentação do óleo através dos poros da rocha. Auxiliam na emulsificação e na quebra dos filmes de óleo das rochas.

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Aplicações industriais dos biossurfactantes

Recuperação melhorada de petróleoInjeção de microrganismos no reservatório e subseqüente propagação in situ.Injeção de nutrientes no reservatório.Produção de biossurfactantes em reatores e posterior injeção no reservatório.MEOR in situ

Requer que o reservatório contenha bactérias para produzir biossurfactante suficiente.Microrganismos devem ser aptos a crescer em condições extremas como alta T, pressão, salinidade e baixa tensão de O2.

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Aplicações industriais dos biossurfactantes

Aplicações terapêuticasUsados na inibição da formação de coágulos, atividade antibacteriana e antifúngica, atividade antiviral e antiumoral.O biossurfactante produzido por R. erythropolis inibiu o vírus do herpes e vírus parainfluenza.

AgriculturaUsados na formulação de herbicidas e pesticidas.

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Aplicações industriais dos biossurfactantes

MineraçãoBiossurfactantes produzidos por Pseudonomas sp. E Alcaligenes sp. foram usados na flotação e separação de calcita e eschelita.Biodispersan usado na prevenção da floculação e dispersão de misturas de pedra calcárea e água.

Higiene e cosméticosProduto comercial contendo soforolipídios sendo usado como hidratante em cremes faciais, devido a compatibilidade dérmica.Alguns soforolipídios são usados como umectantes de produtos de maquiagem como batom.

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Aplicações industriais dos biossurfactantes

AlimentosUsados como emulsificantes no processamento de matérias-primas.Usados em panificação e produtos derivados de carne para alterar as propriedades reológicas da farinha e a emulsificação de gorduras.O bioemulsificante produzido por C. utilis é usado em molhos prontos para salada.

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Principais aplicações comerciais dos biossurfactantes

Funções Campos de aplicação

Emulsificantes e dispersantes Cosméticos, tintas, biorremediação, óleos, alimentos

Solubilizantes Produtos farmacêuticos e higiene

Agentes molhantes e penetrantes Produtos farmacêuticos, têxteis e tintas

Detergentes Produtos de limpeza, agricultura

Agentes espumantes Produtos de higiene, cosméticos e flotação de minérios

Agentes espessantes Tintas e alimentos

Seqüestrantes de metais Mineração

Fator de crescimento microbiano Tratamento de resíduos oleosos

Demulsificantes Tratamento de resíduos, recuperação de petróleo

Redutores de viscosidade Transporte em tubulações, oleodutos

Dispersantes Misturas carvão-água, calcáreo-água

Fungicida Controle biológico de fitopatógenos

Agente de recuperação Recuperação terciária de petróleo (MEOR)

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Surfactantes

As moléculas de surfactantes formam agregados em solução, chamados de micelas.As regiões hidrofóbicas formam um núcleo apolar, e são mantidas afastadas das moléculas de água, que interagem somente com a camada externa da micela, formada pelos grupos hidrofílicos do surfactante.

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Definição

Compostos Segundo nível

Terceiro nívelQuarto nível

Quinto nível