Biosurfactantes: Produção e Aplicações

Dr. Ashish VermaA Kolabtree, consultora de engenharia bioquímica em Kolabtree, escreve sobre a produção e aplicações de biosurfactantes.

O termo surfactante é uma mistura de navegarás leiive agent. Os surfactantes são geralmente compostos orgânicos que são anfifílicos, ou seja, contêm tanto grupos hidrofóbicos (suas "caudas") quanto grupos hidrofílicos (suas "cabeças"). Portanto, eles são solúveis tanto em solventes orgânicos quanto em água. O termo surfactante foi cunhado pelos produtos Antara em 1950.

Os surfactantes reduzem a tensão superficial da água por adsorção na interface líquido-gás. Eles também reduzem a tensão interfacial entre óleo e água por adsorção na interface líquido-líquido. Muitos surfactantes também podem ser montados na solução a granel em agregados. Exemplos de tais agregados são vesículas e micelas. A concentração na qual os surfactantes começam a formar micelas é conhecida como a concentração crítica de micelas ou CMC. Quando as micelas se formam na água, suas caudas formam um núcleo que pode encapsular uma gota de óleo, e suas cabeças (iônicas/polares) formam uma concha externa que mantém contato favorável com a água.

Global surfactant demand increases day by day due to its large application in various sectors such as enhanced oil recovery, soil and aquifer remediation, foods, pharmaceuticals, cosmetics, herbicides, pesticides, leather industries, house hold, paint industries etc. Global surfactants market demand was 15.93 million tons in 2014 and is expected to reach 24.19 million tons by 2022, growing at a CAGR of 5.4% from 2015 to 2022.

Produção de biosurfactantes

Quase todos os surfactantes sintéticos atualmente em uso são quimicamente derivados de petróleo. Estes compostos são geralmente tóxicos para o meio ambiente, e podem liberar produtos químicos tóxicos quando se decompõem, são tóxicos para a pele humana e também seus subprodutos podem ser perigosos para o meio ambiente, devido a sua natureza persistente (não biodegradável) podem afetar negativamente a fertilidade do solo e também contaminar os corpos de água. Apesar destas desvantagens, seu uso aumenta dia a dia globalmente, tanto nas indústrias quanto nas residências.

É aí que entram os biosurfactantes. Os biosurfactantes são compostos tensoativos produzidos por células vivas. Sua natureza e capacidade de redução da tensão superficial dependem do tipo e da cepa de microorganismos (bactérias, leveduras, fungos) utilizados e do substrato nutriente disponível para o crescimento celular.

Os tensoativos microbianos/Biosurfactantes são metabólitos tensoativos produzidos por microorganismos quando cultivados em substratos miscíveis ou oleosos: ou permanecem aderentes às superfícies das células microbianas ou são secretados no caldo de cultura. 

Os surfactantes microbianos constituem um grupo diversificado de moléculas tensoativas e são conhecidos por ocorrer em uma variedade de estruturas químicas, tais como glicolípidos, lipopeptídeos e lipoproteínas, ácidos graxos, lipídios neutros, fosfolípidos e estruturas poliméricas e particuladas. As características que os tornam alternativas comercialmente promissoras aos surfactantes sintetizados quimicamente são sua menor toxicidade, maior biodegradabilidade e, portanto, maior compatibilidade ambiental, melhores propriedades espumantes (úteis no processamento de minerais) e atividade estável a extremos de pH, salinidade e temperatura.

As atividades de biosurfactantes podem ser determinadas medindo as mudanças nas tensões superficiais e interfaciais, a estabilização ou desestabilização das emulsões e o equilíbrio hidrofílico-lipofílico (HLB). As tensões superficiais nas interfaces ar/água e óleo/água podem ser facilmente medidas com um tensiômetro. Os biosurfactantes têm propriedades únicas que os surfactantes sintetizados quimicamente não possuem, tais como alta atividade superficial, facilidade de uso, menor toxicidade, biodegradabilidade, aceitabilidade ecológica, boa atividade antimicrobiana e não perdem propriedades físico-químicas em diferentes temperaturas, pH e níveis de salinidade. São amplamente utilizados nas indústrias de recuperação microbiana de óleo (MEOR), agricultura, alimentos, cosméticos e farmacêutica. Atualmente, o petróleo bruto e os derivados de petróleo são a principal fonte de poluentes de hidrocarbonetos para o solo e ambientes marinhos. Devido à natureza insolúvel desses poluentes na água, sua remoção do meio ambiente é muito difícil. A biodegradação de hidrocarbonetos por microorganismos é uma das formas promissoras de removê-los do solo e do ambiente marinho.  

O mercado global de biosurfactantes deverá atingir US$ 2.308,8 milhões até 2020. Espera-se que a preferência dos consumidores pelo uso de produtos de base biológica, particularmente na Europa e na América do Norte, aumente a penetração do biosurfactante. Espera-se que o mercado global de biosurfactantes atinja 462 kilo toneladas até 2020, crescendo a um CAGR de 4,3% de 2014 a 2020 (https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/biosurfactants-industry).

A Europa foi o maior mercado regional para biosurfactantes, com um consumo de 178,9 quilos de toneladas em 2013. A América do Norte foi o segundo maior consumidor de biosurfactantes em 2013, com uma participação de mais de um quarto. 

A Ásia Pacífico era um mercado relativamente pequeno em 2013, mas espera-se que ganhe uma participação considerável durante o período previsto, devido ao crescimento da indústria de aplicação na região. Países como a Índia e a China têm uma presença extensa da indústria têxtil, agrícola e de cuidados pessoais que se espera que aumente a demanda por biosurfactantes durante os próximos seis anos. 

Aplicações de biosurfactantes

As aplicações de biosurfactantes, entretanto, ainda estão em fase de desenvolvimento a nível industrial. O desenvolvimento da aplicação de biosurfactantes nas indústrias está focado principalmente no alto rendimento da produção de biosurfactantes e na produção de biosurfactantes altamente ativos com propriedades específicas para aplicações específicas. Os biosurfactantes têm aplicações importantes nas indústrias relacionadas ao petróleo, como por exemplo:

• Recuperação aprimorada de petróleo,
• Derrames de óleo de limpeza,
• Limpeza de petroleiros contaminados com óleo,
• Controle de viscosidade
• Emulsificação de óleo, e
• Remoção de óleo cru de lodos.

Considerando as amplas aplicações potenciais dos biosurfactantes, é importante aumentar sua produção em nível comercial e também uma grande variedade de diversos microorganismos capazes de produzir biosurfactantes com diferentes estruturas químicas e propriedades de superfície. É mais vantajoso quando a produção de biosurfactantes através dos microorganismos quando eles crescem em substrato imiscíveis na água, interagindo com a fronteira de fase entre duas fases em um sistema heterogêneo. Os biosurfactantes aumentam a emulsificação dos hidrocarbonetos para solubilizar os contaminantes de hidrocarbonetos e aumentar sua disponibilidade para os micróbios e como resultado, este fenômeno permite o crescimento microbiano em fontes de carbono imiscíveis na água.

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