PRODUÇÃO, CARACTERIZAÇÃO E POTENCIAL APLICAÇÃO DE BIOSSURFACTANTE COMO INIBIDOR DE CORROSÃO METÁLICA

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Bioquímica e Biotecnologia

Autores

Beserra da Silva, A.L. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ) ; do Vale Abreu, K. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ) ; Vasconcelos Maia, S.S. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ) ; Félix Oliveira, M.R. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ) ; Luna de Lima, S.N. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ) ; Almeida Matos, D.M. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ) ; Roberto Alves, C. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ)

Resumo

A incompatibilidade do biodiesel produzido a partir de óleos vegetais em contato com peças de sistemas automotivos pode ocasionar a corrosão e desgastes de metais presentes nessas estruturas. A fim de minimizar os impactos causados nas indústrias por esses desgastes, o presente estudo objetivou produzir um tensoativo de origem natural por meio de um microrganismo como possível inibidor de corrosão através do ensaio do biodiesel comparando com o di-terc-butil metil fenol (BHT), um inibidor comercial. O biossurfactante atuou como promissor inibidor no processo de corrosão pelo efeito do grupamento polar, porém não foi tão eficiente quanto o BHT pela interferência da sua característica apolar que compromete seu desempenho.

Palavras chaves

Biossurfactante; Biodiesel; Corrosão

Introdução

É de conhecimento que um dos grandes problemas ambientais na atualidade é a emissão de gases poluentes que são liberados constantemente na atmosfera. No qual é importante destacar aqueles decorrentes da queima de combustíveis derivados do petróleo, que seriam os resultantes da combustão de hidrocarbonetos (monóxido e dióxido de carbono), a liberação de carbono fuligem, o monóxido e o dióxido de enxofre e gases aromáticos (SILVA e FREITAS, 2006; PRADO, 2017). Em virtude disso, existe a procura por combustíveis de origens vegetais como alternativa de substituição do óleo diesel em motores (PRADO, 2017). Contudo, existe certa incompatibilidade dos materiais que formam o circuito de combustível dos motores com o diesel/biodiesel que podem ocasionar a corrosão dos materiais metálicos presentes e por isso, apenas misturas de óleo com baixa porcentagem em volume de biodiesel são utilizadas nos motores (HASEEB et al., 2010). Os danos causados por esses processos corrosivos exigem não só a necessidade de substituição dessas peças metálicas como também podem ocasionar riscos ambientais através do descarte indevido dos resíduos oriundos desses processos (MERÇON, GUIMARÃES e MAINIER, 2011; PRADO, 2017). A corrosão nada mais é que a transformação não intencional de um metal com superfícies expostas a compostos não aderentes, solúveis ou de rápida absorção no ambiente em que se encontra (BAUER, 1994). Um dos métodos eficientes adotados pelas indústrias para prevenir esse processo é o uso de inibidores de corrosão, que são compostos químicos utilizados em pequenas concentrações que vão atuar quando um metal entrar em contato com algum meio agressivo (FRAUCHES-SANTOS et al., 2013). Diversos estudos apontam o uso de surfactantes como potenciais inibidores de corrosão, onde mostram alta eficiência tanto em meio ácido como em meio neutro (MIGAHED, 2005a; MIGAHED, 2005b). Pois, as moléculas do surfactante vão se acumular em multicamadas ou formam micelas resultando em uma camada protetora sob o metal (KISSA, 1994; ADAMSON, 1991). Os surfactantes são compostos químicos de grande importância que são constituídos de duas frações distintas, uma hidrofóbica (apolar) e uma hidrofílica (polar) e sua principal propriedade é a capacidade de reduzir a tensão superficial, que é uma força que age na superfície de um líquido reduzindo a área superficial (CÁUPER et al., 2017). Entretanto, por serem de origem química e por não possuírem biodegradabilidade não seriam a melhor opção para aplicações que possam causar impactos ambientais. Desta maneira, existe uma a procura por surfactantes de origem naturais, conhecidos como biossurfactantes, que são produtos metabólicos de origem naturais e são classificados de acordo com sua composição química e/ou origem microbiológica (BUENO, SILVA e GARCIA-CRUZ, 2010). Os biossurfactantes estão diretamente envolvidos no processo de remoção de óleo e produtos relacionados ao petróleo do meio ambiente. Apresentam propriedades que podem ser utilizada na agricultura, indústria farmaceutica, produtos de processamento de alimentos, entre outros (SOURAV et al., 2015; LIMA et al., 2017). Além disso, apresentam vantagens sobre os surfactantes sintéticos, considerando sua biodegradabilidade e baixa toxicidade (LIMA et al., 2017). Além dessa demanda, os biossurfactantes podem apresentar atividades biológicas adicionais como a antimicrobiana e por serem compostos orgânicos e possuírem propriedades antioxidantes, apontam um potencial para atuar como inibidores de corrosão (NOGUEIRA et al., 2011; ULLAH et al., 2015). Em função do exposto, o presente trabalho tem como objetivo avaliar o uso de um surfactante de origem natural, produzido por um microrganismo isolado do efluente da Refinaria Lubrificante e Derivados do Nordeste – Lubnor, como possível inibidor de corrosão baseando-se na literatura sobre suas propriedades antioxidantes e o ensaio acelerado de biodiesel com di-terc-butil metil fenol (BHT) e o biossurfactante contra a corrosão do aço carbono 1020.

Material e métodos

Preparo do Biodiesel: Inicialmente foi feita a síntese do biodiesel, seguindo as Normas e procedimentos de biodiesel (TECBIO, 2002), onde foram misturados 100 mililitros de metanol com 2,442 gramas de hidróxido de potássio, até dissolução total do mesmo. Em seguida, foi adicionado 420 gramas de óleo de soja, sendo mantida em agitação constante durante 1 hora a 60°C. Ao final do tempo, a mistura foi transferida para um funil de separação, no qual foi feita a separação da parte mais densa, do biodiesel. Para purificação, o mesmo foi submetido a sucessivas lavagens com água, no próprio funil de separação, até a água sair incolor e reservado para o teste. Ao mesmo tempo foi feita a preparação das placas de carbono 1020, onde foram lixadas com quatro tipos de lixas de granulometria 60, 100, 360 e 500, respectivamente. Em seguida, as placas foram medidas, largura e comprimento, e medida sua massa. Produção do Biossurfactante: A bactéria foi isolada do efluente da Lubnor em meio de cultura TSA (Tryptic Soy Agar) com o objetivo de selecionar o bacilo para a produção do biossurfactante. A manutenção e repique da cultura isolada foram feitas em placas petri contendo meio APGE (Ágar, Peptona, Glicose e Extrato de Levedura), para a obtenção da cultura. O meio de propagação do inóculo segue a mesma composição do meio utilizado para produção do biossurfactante, possuindo 12,0 g/L de glicose, 1,0 g/L de (NH4)2SO4, 5,0 g/L de extrato de levedura, 13,40g/L de Na2HPO4, 3,0g/L de KH2PO4, 2,7g/L de NaCl e 0,6g/L de MgSO4.7H2O. Três alçadas da cultura em crescimento foram transferidas para erlenmeyers contendo 100 mL do meio de propagação do inóculo, incubado por 24 horas em agitador rotatório. Os experimentos foram realizados por 48 e 72 horas em duplicata. As amostras foram centrifugadas e o sobrenadante livre de células, submetido às análises. A quantificação de biossurfactante bruto produzido foi obtido através da acidificação das amostras e o biossurfactante produzido foi quantificado através do peso seco. Foram feitos testes para avaliar a eficiência do surfactante. A tensão superficial foi realizada em tensiômetro Kruss pelo método de Du Nöuy (COSTA et al., 2006). O índice de emulsificação determinado de acordo com Cooper e Goldenberg (1987) e Makkar e Cameotra (1997). O colapso da gota foi observado segundo a metodologia de Tugrul e Cansunar (2005). O teste da dispersão do óleo foi realizado segundo Morikawa, Hirata e Imanaka (2000), com adaptações. Metodologia de corrosão: O teste de corrosão foi feito em duplicata, utilizando 1, 5 e 10 miligramas de surfactante, produto do teste, e a mesma coisa para o padrão BHT, onde foram solubilizados em 10 mililitros de biodiesel. O teste também avaliou o branco, no qual, detinha apenas o biodiesel e a placa. O teste foi feito durante 21 dias nas condições de 60°C em estufa, onde a cada 7 dias foram feitas as medias de comprimento, largura e massa das placas. Ao final os resultados foram tratados por ANOVA 2 fatores.

Resultado e discussão

Para identificar a produção de um biossurfactante, algumas análises foram realizadas: CONCENTRAÇÃO CELULAR E pH No que diz respeito ao crescimento celular, nota-se pelo Gráfico 1, que a máxima produção de biomassa foi na concentração de 10%, porém em comparação as outras concentrações não há uma mudança significativa, não havendo a necessidade do aumento da concentração dos inóculos para o crescimento celular. O ensaio fermentativo teve duração de 48 e 72h, de acordo com o Gráfico 1, podemos observar que a concentração de biomassa para 48 horas de fermentação não apresenta diferença significativa do período de 72h, não sendo, portanto, necessário prolongar o período de fermentação para a produção de biomassa. Em relação ao pH, nenhuma apresentou pH ≤ 5,0 não havendo a necessidade do ajuste antes da remoção das células. PRODUÇÃO DE SURFACTANTE De acordo com os resultados obtidos no Gráfico 2, é possível verificar que há uma diferença significativa entre as médias de concentração e tempo, onde o melhor resultado foi a concentração de 5% no período de 48h. Soares (2014), ao realizar um estudo obteve um valor máximo na concentração de 10% no período de 72h, ou seja, houve a necessidade do aumento do tempo e concentração, não sendo algo vantajoso em relação ao presente estudo. TENSÃO SUPERFICIAL Um composto tensoativo eficaz, é aquele capaz de reduzir a tensão superficial a valores inferiores a 40 mN/m (COOPER e PADDOCK, 1984). De acordo com os resultados obtidos no Gráfico 3, as concentrações testadas não reduziram a tensão superficial abaixo de 40 dina/cm, logo o biossurfactante não está apto para processos de biorremediação mais complexos. ÍNDICE DE EMULSÃO Através do índice de emulsão foi verificado que o querosene apresenta excelentes resultados, por outro lado, com o óleo de soja não apresentou emulsão. De acordo com os resultados obtidos no Gráfico 4, verificou-se o indício da produção de biossurfactantes pelo microrganismo estudado. A bactéria testada foi capaz de produzir emulsões estáveis com o querosene, pois, de acordo com Youssef et al. (2004), para que a emulsão seja considerada satisfatória, o IE24 deve apresentar valores superiores a 40%. Ao aplicar análises estatísticas, podemos observar que há uma diferença significativa entre as médias de concentração de 2% e 5% em 48 horas, de 7% e 10% em 72 horas e entre 5% e 10% em 72 horas. Também que há uma diferença significativa entre os tempos utilizados, em 5%, 7% e 10%. DISPERSÃO EM ÓLEO E COLAPSO DA GOTA Segundo Morikawa (2000), a análise de dispersão de óleo é um ensaio bastante sensível para analisar a presença de biossurfactantes, pois é capaz de detectar os mesmos até quando sua atividade e quantidade são baixas. A formação de zona clara na superfície do óleo é uma característica única dos surfactantes, que, juntamente com a tensão superficial, fornece um indicador para avaliar o desempenho de bactérias produtoras de biossurfactantes (YOUSSEF et al., 2004). O teste de dispersão do óleo diesel, como foi possível observar na Figura 1, permitiu a detecção do biossurfactante. Trabalhos anteriores como o de Safary et al. (2010), estudaram a capacidade de produção de biossurfactante por microorganismos, utilizando testes como o do colapso da gota, atividade hemolítica e deslocamento do óleo. A cepa isolada no presente trabalho apresentou resultados positivos frente ao teste colapso da gota, o que indica juntamente aos demais testes, a capacidade de produção de biossurfactante pelo microorganismo em estudo. CORROSÃO Segundo Frauches-Santos et al. (2013), inibidores de corrosão de origem orgânica que possuem em sua estrutura grupamentos ou átomos doadores de elétrons, tais como insaturações, grupamentos polares, presença de oxigênio, nitrogênio e enxofre vêm sendo bastante utilizados em pequenas concentrações. Observando o Gráfico 5, e a comparação múltipla de médias, constatou-se que não houve significância entre as concentrações utilizadas no decorrer dos tempos. Sendo assim, não há a necessidade do aumento da concentração pois atuará de forma equivalente. Como parâmetro de comparação foi utilizado o BHT que é comercializado como aditivo inibidor de corrosão para combustíveis. Como mostrado no Gráfico 6, o BHT demonstrou eficiência em todas as concentrações, porém não apresentou diferença significativa entre as médias das concentrações e os tempos. Demonstrando linearidade entre as concentrações podendo usar a menor quantidade, em todos os períodos que é o mesmo efeito. O biossurfactante atuou como promissor inibidor no processo de corrosão pelo efeito do grupamento polar, porém não foi tão eficiente quanto o BHT pela interferência da sua característica apolar que compromete seu desempenho.

Gráficos de análises estatísticas dos resultados obtidos.


Resultado teste de dispersão em óleo do biossurfactante produzido pela bactéria LUB P2

Conclusões

Testes como índice de emulsão, colapso da gota e dispersão em óleo foram de extrema importância para comprovar a eficiência do processo de produção do biossurfactante. Atendendo a proposta inicial do trabalho, com os dados apresentados, podemos concluir que o microrganismo foi capaz de produzir o biossurfactante, porém seu uso não está apto para amplas aplicações e processos mais complexos por não atender a tensão superficial abaixo de 40 dina/cm, fazendo- se necessária a realização de estudos mais amplos com outros microrganismos, quanto à otimização da produção, a fim de alcançar maiores concentrações e eficiência do bioproduto obtido. Para o ensaio de corrosão, tendo como base um inibidor comercial, concluiu-se que por mais que o biossurfactante produzido tenha insaturações, grupamentos polares e presença de oxigênio em sua estrutura, ele possui um grupamento apolar que interfere em seu desempenho para atuar como potencial inibidor de grande eficiência.

Agradecimentos

Agradeço a UECE, ao Laboratório SisNaBio, a Finep, a Funcap, a CAPES e CNPQ ao apoio financeiro e suporte a pesquisa.

Referências

ADAMSON, A. W., Physical Chemistry of Surfactants. Ed.Johnwiley, v.110, Issue 4, new York.1991.
BAUER, L. A. F. Materiais de construção, Rio de Janeiro: Ed. LTC, 1994, 5º edição v.2.
BUENO, S. M.; SILVA, A. N.; GARCIA-CRUZ, C. H. Estudo da produção de biossurfactante em caldo de fermentação. Química Nova, São Paulo, v. 33, n. 7, p. 1572-1577, 2010.
CÁUPER, F. R. M.; CÁUPER, L. L. B.; MENEZES, N. C.; SILVA, E. F. Potencial de produção de biossurfactantes por bactérias do gênero rhizobium utilizando óleo de cozinha como fonte de carbono. Scientia Amazonia, v. 6, n. 1, 71-80, 2017.
COOPER, D. G.; PADDOCK, D. A. Production of a biosurfactant from Torulopsis bombicola. Applied and Environmental Microbiology, Canadá, v. 47, p. 173-176, 1984.
FRAUCHES-SANTOS, Cristiane et al. A Corrosão e os Agentes Anticorrosivos. Revista Virtual de Química, Rio de Janeiro, v. 6, n. 2, p.293-309, 21 nov. 2013. Bimestral.
HASEEB, A. S. M. A.; MASJUKI, H.H.; ANN, L. J.; FAZAL, M. A. Corrosion characteristics of copper and leaded bronze in palm biodiesel. Fuel Processing Technology. v. 91, p. 329-334, 2010.
KISSA, Erik., Surfactant Science Series, v.50 , Ed. Marcel Dekker, New York 50,1994.
LIMA, J. M. S.; PEREIRA, J. O.; BATISTA, I. H.; PEREIRA JUNIOR, R. C.; BARROSO, H. S.; COSTA NETO, P. Q.; JACKISCH-MATSUURA, A. B.; FRANÇA, S. C.; AZEVEDO, J. L. (2017). Biosurfactants produced by Microbacterium sp., isolated from aquatic macrophytes in hydrocarbon-contaminated area in the Rio Negro, Manaus, Amazonas. Acta Scientiarum. Biological Sciences. 39. 13. 10.4025/actascibiolsci.v39i1.33842.
MERÇON, F.; GUIMARÃES, P. I. C.; MAINIER, F. B. Sistemas Experimentais para o estudo da Corrosão de metais. Química Nova na Escola, v. 33, n. 1, São Paulo, 2011.
MIGAHED, M.A., Corrosion inhibition of steel pipelines in oil fields by N,Ndi(poly oxy ethylene) amino propyl lauryl amide. Progress in Organic Coatings. v.54,p. 91– 98, 2005b.
MIGAHED, M.A., Electrochemical investigation of the corrosion behaviour of mild steel in 2 M HCl solution in presence of 1-dodecyl-4-methoxy pyridinium bromide. Materials Chemistry and Physics. v.93,p.48–53, 2005a.
MORIKAWA, M.; HIRATA, Y.; IMANAKA, T. A study on the structure– function relationship of the lipopeptide biosurfactants. Biochimica et Biophysica Acta, Japan, v. 1488, p. 211 –218, 2000.
NOGUEIRA, D. R. et al. Comparative sensitivity of tumor and non-tumor cell lines as a reliable approach for in vitro cytotoxicity screening of lysine-based surfactants with potential pharmaceutical applications. International journal of pharmaceutics, v. 420, n. 1, p. 51–8, 25 nov. 2011.
PRADO, Deysiane Arruda. ESTUDO DA ATIVIDADE ANTICORROSIVA DO EXTRATO DA FOLHA DA MANGUEIRA (Mangifera indica) EM CHAPA DE AÇO CARBONO 1020. 2017. 59 f. Monografia (Especialização) – Curso de Licenciatura em Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade estadual do Ceará, Fortaleza, 2017.
Safary, A, Roayayi, A. M.; Abolhasani, S. A.; Akbarzade, K. M.; Motamedi, H. Isolation and characterization of biosurfactant producing bacteria from Caspian Sea. Biotechnology, Asia, v. 9, p. 378–382, 2010.
SILVA, P. R. F.; FREITAS, T. F. S.; Biodiesel: o ônus e o bônus de produzir combustível. Revista Ciencia Rural, Santa Maria, v.38, n.3, p.843-851, mai-jun, 2008 ISSN 0103-8478.
SOARES, D. W. F. Produção e caracterização de biossurfactantes obtidos por linhagens de Bacillus sp. separadas de estações de tratamento de depuração de águas residuais e do solo de manguezais. 2014. 156 f. Tese (Doutorado) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014.
SOURAV, D; SUSANTA, M; GHOSH, A; SAHA, R & SAHA, B. A review on natural surfactants. RSC advances, 5(81), 65757-65767. 2015.
TECBIO, Tecnologias Bioenergéticas LTDA. Normas e procedimentos de biodiesel. 2002.
ULLAH, I. et al. Surface, aggregation properties and antimicrobial activity of four novel thiourea-based non-ionic surfactants. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, v. 464, p. 104–109, jan. 2015.
YOUSSEF, N. H.; DUNCAN, K. E.; NAGLE, D. P.; SAVAGE, K. N.; KNAPP, R. M,; MCINERNEY, M. J. J. Comparison of methods to detect biosurfactant production by diverse microorganisms. Journal of Microbiological Methods, Unided States of American, v. 56, p. 339-47, 2004.