ÁREA: Bioquímica e Biotecnologia
TÍTULO: Caracterização físico-química de surfactante derivado de biomassa
AUTORES: MEDEIROS, S.I.G (UFRN) ; COSTA, M. (UFRN) ; SOUTO, C.R.O (UFRN) ; MACEDO, S.P.N (UFRN)
RESUMO: Na indústria do petróleo, utiliza-se biosurfactantes contendo açúcares ramificados tanto nos processos de recuperação melhorada de petróleo, como, também, em formulações de óleos lubrificantes, na biorremediação, remoção e dispersão de óleo e/ou mobilização de resíduos de óleo em tanques de estocagem [1,2]. Este trabalho descreve a caracterização físico-química do biosurfactante derivado de biomassa (açúcar e óleo vegetal) sintetizado enzimaticamente pela protease de Bacillus subtilis. Análises de tensão superficial, interfacial e ângulo de contato foram necessárias para a caracterização do biosurfactante, que se mostrou eficiente nas reduções de tensão superficial (de 72mN/m para 33 mN/m), tensão interfacial (de 26,0725mN/m para 1,7527mN/m) e ângulo de contato de 40° para 0,0°.
PALAVRAS CHAVES: biosurfactante, tensão superficial e interfacial, ângulo de contato
INTRODUÇÃO: A aplicação de incentivos econômicos pode estimular a produção, em larga escala, de oleaginosas e biomassa, matérias-primas de origem renovável e de baixo custo. Nesse cenário, a biotecnologia surge como uma alternativa promissora, estimulando, em todo o mundo, pesquisadores a direcionar esforços no sentido de obter produtos e desenvolver processos utilizando biomassa, minimizando assim o emprego de derivados do petróleo [3] .
Um campo de aplicação importante desta tecnologia é a produção de ésteres de ácidos graxos e açúcares; esses apresentam larga aplicação como emulsificantes em alimentos, cosméticos e produtos farmacêuticos[4-6].
Os ésteres de açúcares são compostos com propriedades tensoativas sintetizados por organismos vivos, sendo considerados surfactantes naturais ou biosurfactantes[7]. Os surfactantes são moléculas anfipáticas constituídas de uma porção hidrofóbica. Em função disso, eles tendem a se distribuir nas interfaces entre fases fluidas com diferentes graus de polaridade (óleo/água e água/óleo) formando filme molecular que reduz a tensão interfacial e superficial, atribuindo propriedades únicas, tais como detergente, emulsificante, lubrificante, espumante, umectante, solubilizante e dispersante. Quando comparados aos surfactantes sintéticos, o emprego de biosurfactantes em aplicações industriais apresenta vantagens. São atóxicos, inodoros, biocompatíveis, biodegradáveis e contribuem para o aumento dos créditos das chamadas “Reduções Certificadas de Emissões” (CERs)[8].
Este trabalho tem por finalidade caracterizar fisico-quimicamente as proriedades tensoativas do biosurfactante derivado de açúcar e óleo vegetal sintetizado enzimaticamente pela protease de Bacillus subtilis, em nosso laboratório.
MATERIAL E MÉTODOS: Obtenção do biosurfactante: Inicialmente, o óleo de mamona foi hidrolisado e purificado obtenção do ácido ricinoléico. A mistura constituída de D-glicose, ácido ricinoléico e catalisador (protease de Bacillus subtilis) foi mantida sob agitação com controle de temperatura durante 5 dias. Com o término da reação, o produto foi submetido a processos de purificação.
Determinação das tensões superficial e interfacial e concentração micelar crítica (CMC): Uma das propriedades mais importantes dos tensoativos é a sua eficiência quanto à redução da tensão, seja ela superficial e/ou interfacial. Essa medida foi realizada pelo método da placa de Wilhelmy, onde foram empregadas soluções de diferentes concentrações do biosurfactante, em água, para verificar seu comportamento na superfície plana e quantificar seu ponto crítico de formação de micelas, ou seja, determinar a sua CMC.
As análises de tensão interfacial foram realizadas pelo método do anel utilizando como fase aquosa, água destilada e solução do biosurfactante em concentração acima da CMC e, como fase orgânica, óleo mineral.
Ângulo de contato: Na indústria do petróleo vêm-se, atualmente, estudando maneiras de melhorar o método de transporte de óleo que utiliza água como lubrificante. Uma forma de solucionar tal problema é a utilização de materiais hidrofílicos e/ou oleofóbicos como revestimento interno, induzindo modificação de superfícies[9].
A avaliação do ângulo de contato foi realizada pelo método da placa de Wilhelmy, onde os ângulos de avanço e de retrocesso foram determinados, indiretamente, através de medidas de força em função da profundidade de imersão do líquido. Esses experimentos foram realizados à temperatura ambiente (22ºC), de modo que não houvesse oscilação nas medidas da tensão superficial.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O biosurfactante catalisado pela protease de Bacillus subtilis apresenta características similares aos surfactantes comerciais, pois atua na redução da tensão superficial da água, reduzindo-a de 72 mN/m para 33 mN/m (Tabela 1) e, sua CMC, foi de aproximadamente 0,2 g/L, com uma redução de tensão superficial da água de aproximada de 45 mN/m, como mostra a Figura 1.
Os resultados de tensão interfacial água/óleo e solução de biosurfactante/óleo nos permitiram quantificar a influência do biosurfactante frente a uma fase orgânica, pois o mesmo efetuou uma redução significativa de tensão interfacial de 26,0725mN/m(água/óleo) para 1,7527mN/m (solução aquosa de biosurfactante/óleo).
O ângulo de contato é uma medida que auxilia no entendimento dos fenômenos capilares. Por exemplo, quando um tubo capilar fino é colocado em contato com uma superfície líquida e, se ângulo de contato for menor que 90º (típico do sistema ar-água-vidro), o líquido invadirá o capilar até que a força capilar seja equilibrada pelo peso da coluna líquida formada com a invasão. Neste caso, diz-se então que o líquido é molhante para aquele sólido. Porém, se o ângulo de contato for maior que 90º (típico do sistema ar-mercúrio-vidro), observa-se que o líquido é repelido pelo capilar, originando uma depressão na superfície líquida. Neste caso, o líquido é não-molhante para aquele sólido. Quando o ângulo de contato for igual a 90º, as forças capilares são nulas e nada ocorre[10]. Através dos dados mostrados na Tabela 2, podemos observar que o biosurfactante estudado promove a molhabilidade da superfície de vidro propiciado pela redução de contato entre as superfícies.
CONCLUSÕES: A caracterização físico-química efetuada no biosurfactante estudado mostra que, quando comparado ao desempenho de produtos sintéticos (aniônicos e não iônicos) comercialmente disponíveis[11], esse possui comportamento similar ou superior, pois propiciou a redução da tensão superficial da água de 72mN/m parar 33mN/m, tensão interfacial de 26,0725 mN/m (água/óleo) para 1,7527 mN/m (solução aquosa de biosurfactante/óleo), ângulo de contato de 40° (água/vidro) para 0,0° (solução aquosa de biosurfactante/ vidro) e concentração micelar crítica reduzida de 0,2 g/L.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao PRH 30-ANP/MCT pelo apoio financeiro e a BIOVET (Bulgária) pela doação das enzimas.
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[4] CHAMOULEAU, F.; Coulon, D.; Girardin, M.; Ghoul, M. Influence of water activity and water content on sugar esters lipase-catalyzed synthesis in organic media, J. Mol. Catal. B: Enzym., v. 11, p. 949-954, 2001.
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[10] WOLF, F.G.; Santos, L.O.E.; Philippi, P.C.; Formation and dynamics of the liquid-vapor interface simulated by the Lattice-Boltzmann method. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 28, n. 2, p. 167-175, 2006.
[11] KUMAR, G.;PRABHU, N.; Review of non-reactive wetting of liquids on surfaces. Advanced in Colloid and Interface Science, v.133, p.61-89, 2007.
