IMPREGNAÇÃO DE CARVÃO ATIVADO DE CASCA DE COCO DE DENDÊ Elaeis guineensis COM ZINCO E COBRE PARA INIBIÇÃO DA FORMAÇÃO DE BIOFILME POR Escherichia coli ATCC 8739

Resumo

O carvão ativado é um material carbonáceo de elevada porosidade e área superficial, sendo um dos principais materiais empregados como adsorvente em filtros de água. No processo de filtração da água, micro-organismos e matéria orgânica podem se alojar na sua superfície e formar biofilmes microbianos que comprometem seu desempenho. Industrialmente, utiliza-se prata impregnada para dificultar o desenvolvimento de micro-organismos na superfície do carvão. Neste contexto, objetivou-se avaliar a impregnação de zinco e cobre, metais menos nobres, na superfície de carvão ativado de casca de coco de dendê Elaeis guineensis e o impacto na inibição da formação de biofilme por Escherichia coli ATCC 8739. Observou-se que os metais combinados propiciaram inibição de mais de 6 logs em 24 h.

Palavras chaves

Carvão Ativado; Biofilme; Metais

Introdução

O carvão ativado é um adsorvente muito utilizado como meio filtrante para remover cloro e substâncias orgânicas contidas na água que causam sabor, odor e cor (ÇEÇEN; AKTAS, 2011). Micro-organismos presentes na água podem se aderir à superfície do carvão ativado, consumir matéria orgânica adsorvida no meio e secretar polissacarídeos, formando biofilmes microbianos na superfície do carvão. Durante o processo de filtração, pode ocorrer o desprendimento de algumas bactérias do biofilme, contaminando a água filtrada (GIBERT et al., 2013). Escherichia coli é uma espécie de bactéria Gram-negativa, anaeróbia facultativa que habita o trato gastrointestinal de humanos e alguns animais. É responsável por patologias como pneumonias, meningites, infecções intestinais, diarreias moderadas, dentre outras. A Escherichia coli cresce sobre uma variedade de superfícies bióticas e abióticas, levando à formação do biofilme (BELOIN; ROUX; GHIGO, 2008). Pequenas quantidades de metais inibem o crescimento microbiano (LEMIRE; HARRISON; TURNER, 2013). A impregnação de metais à superfície do carvão ativado confere-lhe efeito antimicrobiano (bactericida ou bacteriostático). Além da prata, que é o metal empregado comercialmente, outros metais também possuem atividade antimicrobiana, como cobre, zinco, titânio, ouro, entre outros (DIZAJ et al., 2014). A formação de biofilme microbiano na superfície do carvão ativado, fator que diminui o desempenho do filtro e pode contaminar a água filtrada, sugere- se o estudo da inibição de formação de biofilme microbiano pela impregnação de zinco e cobre na superfície do carvão ativado.

Material e métodos

Foram adicionados 25 g de carvão ativado em cinco cápsulas de porcelana e posteriormente, adicionaram-se 25 mL das soluções de nitrato de zinco (0,05% ou 0,1%) e/ou nitrato de cobre (0,05% ou 0,1%) para obtenção das seguintes concentrações: 0,1% de zinco; 0,1% de cobre; 0,1% zinco / 0,05% cobre; 0,05% zinco / 0,1% cobre; 0,1% zinco / 0,1% cobre. Em seguida, foram aquecidas a 150°C, com agitação até total secagem. As amostras secas foram transferidas para cadinhos e levados à mufla, por 2 h, a 550°C. Posteriormente, foram realizados os ensaios microbiológicos. Inicialmente, as cepas de Escherichia coli ATCC 8739 foram reativadas e diluídas em água desafio chegando à diluição em série (10-5). Utilizando o sistema de filtração em leito fixo, foram adicionados 5,00 g de cada amostra de carvão ativado em filtros independentes. 60 mL de água desafio foram adicionadas a cada filtro e passadas pelo processo de filtração, durante 50 min. Posteriormente, os filtros foram incubados em câmara úmida, em ausência de luz, por 24 h, à temperatura ambiente de aproximadamente 25°C. Em seguida, as amostras de carvão ativado contidas nas seringas foram transferidas para Erlenmeyers contendo 100 mL de solução fisiológica estéril e assim submetidas ao desprendimento do biofilme microbiano em banho ultrassônico (25 KHz) por 5 min em Ultrassom UNIQUE modelo USC 1450. Alíquotas de 1mL de cada suspensão das amostras sonicadas foram diluídas em série até 10-5 e semeadas em ágar EMB para contagem de células viáveis. Algumas amostras foram submetidas ao tratamento de pré-lavagem para remoção de metais que não estavam impregnados na estrutura porosa do carvão ativado: passagem de 5 alíquotas de 100 mL de água destilada em 5 g das amostras de carvão ativado impregnadas em leito fixo.

Resultado e discussão

Todas as amostras impregnadas (CAi), com e sem tratamento de pré-lavagem, apresentaram significativas inibições de biofilme por Escherichia coli ATCC 8739. CAi1 (0,101% de Zn) e CAi2 (0,102% de Cu), com tratamento de pré- lavagem, exibiram um crescimento bacteriano de 3,199±0,169 e 2,916±0,074 log ufc 5g-1, respectivamente. A amostra de carvão ativado não impregnado (CAni) apresentou contagem microbiana de 6,707±0,064 log ufc 5g-1 , bem acima das amostras contendo metais. Ensaios microbiológicos com carvão ativado impregnado com zinco e cobre em conjunto, Cai3 (0,0994% de Zn e 0,0597% de Cu), com ou sem tratamento de pré-lavagem, apresentaram inibição total dos micro-organismos, ou seja, após 24 h não se encontrou células viáveis para contagem, inibição de aproximadamente 6 logs. A normativa brasileira ABNT NBR 16098/2012 estabelece requisitos e métodos de ensaios para avaliação da eficiência bacteriológica em filtros de água domésticos. Para ensaios com Escherichia coli, se estabelece uma concentração inicial com mínimo de 104 e máximo de 105 ufc 100 mL-1 (4 e 5 logs) de Escherichia coli e apresente um resultado de redução mínima de 2 logs (ABNT, 2012). As amostras de carvão ativado impregnadas com Cu, Zn e Cu/Zn, com tratamento de pré-lavagem, demonstraram que os metais impregnados separadamente ou em conjunto tornam a superfície do carvão ativado um material com ação antibacteriana. No entanto, a combinação dos metais Cu e Zn, a partir das concentrações de metais da amostra Cai3, é eficaz contra a formação de biofilmes por Escherichia coli, se adequando aos critérios estabelecidos pela norma ABNT NBR 16098/2012.

TABELA 1

Tabela 1 – Contagem de E.coli ATCC 8739 associadas aos biofilmes na superfície de carvão ativado.

Conclusões

A combinação dos metais zinco e cobre na superfície do carvão ativado potencializou o efeito oligodinâmico na formação de biofilme por Escherichia coli ATCC 8739, apresentando um maior sinergismo em relação às amostras com metais impregnados separadamente. A impregnação do carvão ativado com Cu/Zn representa uma alternativa para as indústrias de carvão ativado para filtros domésticos, visto que, em concentrações maiores ou iguais a 0,0994% de Zn e 0,0597% de Cu, são capazes de inibir a formação de biofilme microbiano na superfície do carvão ativado, assim como inativar até 6 logs da bactéria.

Agradecimentos

Agradecemos primeiramente a Deus e a todos os nossos familiares, amigos, professores, em especial ao prof. Dr.José Daniel Ribeiro de Campos e a UEG.

Referências

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Carvão Ativado Pulverizado – Especificação. NBR 11834: Rio de Janeiro, 1991.

BELOIN, C.; ROUX, A.; GHIGO, J. M. Escherichia coli Biofilms. Current Topics in Microbiology and Immunology, v. 322, p. 248-264, 2008.

ÇEÇEN, F.; AKTAS, O. Activated carbon for water and wastewater treatment: integration of adsorption and biological treatment. John Wiley & Sons, p. 7, 2011.

DIZAJ, S. M.; LOTFIPOUR, F.; BARZEGAR-JALALI, M.; ZARRINTAN, M. H.; ADIBKIA, K. Antimicrobial activity of the metals and metal oxides nanoparticles. Materials Science & Engineering C, v. 44, p. 278-284, 2014.DIZAJ, S. M.; LOTFIPOUR, F.; BARZEGAR-JALALI, M.; ZARRINTAN, M. H.; ADIBKIA, K. Antimicrobial activity of the metals and metal oxides nanoparticles. Materials Science & Engineering C, v. 44, p. 278-284, 2014.

GIBERT, O.; LEFÈVRE, B.; FERNÁNDEZ, M.; BERNAT, X.; PARAIRA, M.; CALDERER, M.; MARTÍNEZ-LLADO, X. Characterizing biofilm development on granular activated carbon used for drinking water production. Water Research, v. 47, p. 1101-1110, 2013.

LEMIRE, J. A.; HARRISON, J. J.; TURNER, R. J. Antimicrobial activity of metals: mechanisms, molecular targets and applications. Nature Reviews Microbiology, v. 11, p. 371-384, 2013.