Prospecção e caracterização para a biorremediação de ambientes marinhos contaminados por petróleo e misturas de óleo diesel/biodiesel

Abstract

A exploração, produção, armazenamento e transporte de petróleo no ambiente marinho representam risco constante de derramamentos e grave ameaça ambiental. Devido à composição complexa, o petróleo apresenta potencial mutagênico e carcinogênico, além de outras propriedades tóxicas, como bioacumulação e biomagnificação. Para mitigar os impactos ambientais, a utilização de estratégias apropriadas, como a biorremediação, tem se destacado na resposta a derramamentos de petróleo no ambiente. Tal processo utiliza microrganismos especializados, os quais removem os contaminantes ambientais devido a propriedades metabólicas específicas dos mesmos. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi realizar a prospecção, isolar, identificar e caracterizar microrganismos autóctones com potencial de biorremediar ambientes marinhos contaminados por hidrocarbonetos de petróleo. Para isto, um total de 25 microrganismos foram isolados de amostras coletadas no Parque Nacional da Lagoa do Peixe, local com histórico de contaminação por hidrocarbonetos de petróleo. Foram realizados testes preliminares e identificação molecular com tais isolados, resultando na seleção de três bactérias: Bacillus methylotrophicus, Pseudomonas sihuiensis e Ancylobacter polymorphus. Após, estudos de biodegradação foram realizados a fim de avaliar a capacidade dos microrganismos selecionados em biodegradar os contaminantes (hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos policíclicos). Os dados mostraram que as bactérias foram capazes de biodegradar: (i) até 92,1 e 42,4 % da fração alifática de cadeia média (C8 a C19) e de cadeia longa (C20 a C33), respectivamente; (ii) 31,1 % do isoprenóide (pristano) e (iii) 46 % de antraceno. Apenas B. methylotrophicus e P. sihuiensis mostraram capacidade de biodegradar fenantreno (33,9 %) e pireno (35,3 %). Somado a isso, foi investigada a produção de biosurfactantes por tais bactérias. As análises demonstraram a produção de surfactinas, iturinas, mono e diramnolipídeos, os quais reduziram a tensão superficial e mostraram atividade emulsificante. Desta forma, os resultados deste primeiro capítulo demonstraram o potencial uso dos microrganismos, selecionados no estudo, para a biorremediação de ambientes marinhos expostos ao petróleo, buscando redução de impactos ambientais. A presente pesquisa também demonstra, nos capítulos II e III, os resultados referentes à síntese de ésteres graxos a partir de álcool de cadeia longa com ácidos carboxílicos de cadeia curta (etanoato, propanoato e butanoato de hexadecila), com teor de pureza final ≥ 99 %. O método desenvolvido por GC-FID, com propanoato de hexadecila como padrão interno, foi avaliado e apresentou boa seletividade, resolução, exatidão, repetitividade, precisão intermediária e robustez. Além disso, as condições de operação cromatográficas apropriadas reduziram (i) o tempo de análise em 26,1 % e (ii) a concentração do padrão interno para 80 %. Assim, tais avaliações realizadas otimizaram o processo de análise de amostras de biodiesel, em relação ao uso do padrão interno (propanoato de hexadecila), uma vez que, quando comparado a EN 14103:2011, é possível aumentar em 5 vezes o número de análises utilizando tal processo.

The exploration, production, storage and transportation of petroleum on marine environment represents a constant risk of spills and a serious environmental threat. Due to its complex composition, petroleum has mutagenic and carcinogenic potential as well as other toxic properties, such as bioaccumulation and biomagnification. To mitigate environmental impacts, the use of appropriate strategies, such as bioremediation, has been highlighted in response to petroleum spills in the environment. This process uses specialized microorganisms, which remove environmental contaminants due to their specific metabolic properties. In this context, the aim of the present research was to prospect, isolate, identify and characterize autochthonous microorganisms with potential for bioremediation of marine environments contaminated by petroleum hydrocarbons. For this, a total of 25 microorganisms were isolated from samples collected in Lagoa do Peixe National Park, a historical site of petroleum hydrocarbon contamination. Preliminary tests and molecular identification were performed with these isolates, resulting in selection of three bacteria: Bacillus methylotrophicus, Pseudomonas sihuiensis and Ancylobacter polymorphus. After, biodegradation studies were performed to evaluate the ability of selected microorganisms to biodegrade the contaminants (aliphatic and polycyclic aromatic hydrocarbons). The results show that bacteria were able to biodegrade: (i) up to 92.1 and 42.4 % of the medium (C8 to C19) and long (C20 to C33) chain aliphatic contaminant fraction, respectively; (ii) 31.1 % of isoprenoid (pristane) and (iii) 46 % of anthracene. Only B. methylotrophicus and P. sihuiensis showed phenanthrene (33.9 %) and pyrene (35.3 %) biodegradation ability. Added to this, biosurfactants production by selected bacteria was investigated. Analysis demonstrated the production of surfactins, iturins, mono- and di-ramnolipids, which reduced the surface tension and showed emulsifying activity. Thus, results showed, in the first chapter, demonstrate the potential use of the selected microorganisms for bioremediation of marine environments exposed to petroleum, aiming to reduce environmental impacts. The present research also demonstrate, in Chapters II and III, the results obtained for fatty esters synthesis from long chain alcohol with short chain carboxylic acids (ethanoate, propanoate and hexadecyl butanoate), with ≥ 99 % as final purity content. The method developed by GC-FID, with hexadecyl propanoate as internal standard, was evaluated and showed good selectivity, resolution, trueness, repeatability, intermediate precision and robustness. In addition, the appropriate chromatographic operating conditions reduced (i) analysis time by 26.1 % and (ii) internal standard concentration to 80 %. Thus, these evaluations optimized the process of biodiesel samples analysis, in relation to the use of internal standard (hexadecyl propanoate), since, in comparison to EN 14103:2011, it is possible to increase 5 times the number of analysis when such process is performed.