Descoloração e degradação de azocorantes por bacterias

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Franciscon, Elisangela, 1973-
Data de Publicação: 2010
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1611879
Resumo: Orientador: Lucia Regina Durrant
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spelling Descoloração e degradação de azocorantes por bacteriasAzo dyes decolorization and degradation by bacteriaBiodegradaçãoCorantesMicro-organismosAminasLacaseBiodegradationnDyesMicroorganismsAminesLaccaseOrientador: Lucia Regina DurrantTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: Azocorantes são compostos aromáticos com um ou mais grupos azo (-N=N-). São os maiores e a mais importante classe de corantes sintéticos usados em aplicações industriais. Eles são considerados compostos xenobióticos recalcitrantes aos processos de biodegradação, e a presença destes azocorantes nos ecossistemas aquáticos é a causa de sérios problemas ambientais e relacionados com a saúde. Neste trabalho, a habilidade em degradar azocorantes de 62 linhagens bacterianas previamente isoladas de efluente industrial foi investigada. A seleção das linhagens foi realizada através de testes de descoloração visual em meio líquido com azocorantes suplementados com diferentes fontes de carbono. O processo de descoloração foi realizado sob condições microaerofílicas ou estáticas até que nenhuma cor fosse observada, seguido de agitação para promover a biodegradação dos metabólitos produzidos. A descoloração e a biodegradação dos azocorantes bem como dos metabólitos produzidos foram monitoradas por análises de UV-vis, Carbono Orgânico Total (COT), Espectroscopia no Infravermelho com Transformadas de Fourier (FTIV) e Cromatografía Líquida de Alta Eficiência e Espectrometria de Massa (CLAE-EM). A atividade de enzimas oxidativas (peroxidase, lacase and tirosinase) foram analisadas para verificar se estas estavam envolvidas no metabolismo de biodegradação dos azocorantes. Análises de toxicidade foram realizadas antes e após a degradação dos azocorantes utilizando o organismo teste Daphnia magna.As aminas aromáticas geradas da biodegradação dos azocorantes foram testadas com o propósito de obter a polimerização. A enzima lacase de Myceliophthora Thermophila foi usada para catalizar reações de acoplamento entre as aminas aromáticas produzidas. As análises de UV-vis mostraram que os corantes foram descoloridos (80%) em condições microaerofílicas ou estáticas. Não houve nenhuma mudança significativa na cor, no estágio aeróbio seguinte. O tempo de descoloração mostrou relação com o meio de cultura utilizado e com a estrutura química dos corantes. Os corantes monoazo foram descoloridos entre 8 a 120 hs. Os diazo e os triazo foram descoloridos após 120 e 168 hs. As linhagens bacterianas descoloriram os corantes somente quando o meio foi suplementado com glicose e piruvato ou extrato de levedura. Na ausência destes compostos, as culturas foram incapazes de descolorir, indicando um requerimento obrigatório de uma fonte suplementar de carbono para alcançar a descoloração. Resultados mostraram que, quando o meio foi incubado em condições microaerofílicas ou estáticas a redução no COT (Carbono Orgânico Total) foi menor do que em condições aeróbias, onde 70% de redução foi observado. A presença de altas concentrações de aminas aromáticas em condições microaerofílicas ou estáticas confirma que houve redução das ligações azo. Porém, houve a confirmação da oxidação destas aminas no estágio aeróbio, indicando que um proceso oxidativo foi responsável pela biodegradação dos metabólitos. Foi observada atividade de tirosinase para na linhagem de Brevibacterium sp, sugerindo o papel desta enzima no processo de descoloração dos azocorantes, não sendo observada atividade de lacase e peroxidase. Nas análises de Espectroscopia no Infravermelho com Transformadas de Fourier (FTIV) após condições microaerofílicas ou estáticas foram observadas bandas em regiões atribuidas a grupamentos amina. Estas bandas desapareceram no estágio aeróbio e foram observadas novas bandas nas regiões associadas com ácido carboxílicos e íons NH3+, confirmando mineralização parcial dos produtos de degradação dos azocorantes, bem como dos metabólitos do meio de cultura. Os metabólitos produzidos pela biodegradação do azocorante RR 198 foram analisados por CLAEEM, para tentar identificar alguns metabólitos desconhecidos. Entre os possíveis compostos produzidos da biodegradação do RR198, 4-cloro-N-o-toluil-1,3,5-triazina-2-amino; sódio 4-aminonaftaleno-2-sulfonado e 3,6 -dimetil-7-(o-toluildiazenil) naftaleno-1-amino, tiveram razoável semelhança com os metabólitos aromáticos encontrados na amostra. Após condições aeróbias, a intensidade dos íons presentes nestes metabólitos foram reduzidos. Estes resultados também foram confirmados pelas análises de FTIV e poderia ser explicado pela diminuição dos compostos aromáticos gerados nas condições microaerofílicas ou estáticas. Foi observado que após um longo período de tempo, a lacase catalizou a polimerização das aminas aromáticas presentes nas soluções descoloridas. Os produtos gerados precipitaram e adquiriram cor, como confirmado pelas análises de UV-Vis. Os tamanhos das partículas foram significativamente maiores após o tratamento com lacase, como mostra as análises de Espectroscopia de Correlação de Fótons. Todas as linhagens bacterianas usadas neste estudo foram capazes de descolorir e degradar os azocorantes em condições microaerofílicas ou estáticas. Em condições aeróbias, ocorreu parcial mineralização dos produtos de degradação dos azocorantes, bem como dos metabólitos do meio, como confirmado para o organismo teste Daphnia magna e Carbono Orgânico Total (COT). Após o estudo, estas bactérias foram identificadas através de análises de sequência de rDNA 16S como Staphylococcus arlettae, Klebsiella sp, Microbacterium sp, Leucobacter albus e Brevibacterium spAbstract: Azo dyes, which are aromatic compounds with one or more azo (-N=N-) groups, are the most important and largest class of synthetic dyes used in commercial applications. They are considered as xenobiotic compounds that are very recalcitrant to biodegradation processes. The presence of these dyes in the aqueous ecosystem are a cause of serious environmental and health concerns. In this work, the ability of 62 bacterial strains previously isolated from an industrial activated sludge process treating effluent containing azo dyes was investigated. The selection was undertaken, through visual decolorization, in liquid media with azo dyes supplemented with diferent carbon sources. Decolorization process was performed under microaerophilic or static conditions until no color was observed. The medium was then aerated to promote the biodegradation of the metabolites produced. The azo dyes decolorization and biodegradation and the aromatic amines produced were monitored by UV-Vis, Total Organic Carbon (TOC), Fourier Transformed Infra Red (FTIR) and High Performence Liquid Chromatography (HPLC- MS). Activity of the oxidoreductase enzymes (peroxidase, laccase and tyrosinase) was evaluated in cultures of the bacterial isolates. Acute toxicity tests with Daphnia magna (Crustacea, Cladocera) were carried out after and before microaerobic or static and aerobic conditions. The aromatic amines generated from the biodegradation of the azo dyes were tested for their ability to undergoing polymerization using a laccase from M. thermophila to catalyze the coupling reactions of the aromatic amines. The decolorization time showed a relationship with the culture medium and chemical structure of the dyes. The monoazo dyes were decolourized within 8 to 120 h. The diazo and triazo were decolourized required 120 to168 h, approximately. UV-Vis analysis showed complete decolorization (>80%) in the microaerophilic or static conditions. No significant color changes were detected in the following aerobic stage. However the bacterial strains could only decolourize the dyes effectively when the medium was supplemented with glucose and pyruvate or yeast extract. In the absence of these compounds, the cultures were unable to decolorize the dyes, thus indicating an obligate requirement for a supplementary carbon source for dye decolorization. When the medium was incubated under microaerophilic conditions, the reduction in TOC was low even after 7 days of incubation. Conversely, a significant increase in TOC reduction (>70%) was observed in the aerobic stage. The reduction of azo bonds is known to yield the production of high concentrations of amines in the microaerophilic or static stage therefore confirmed the azo bond was reduced. Therefore the oxidation of these aromatic amines was confirmed by the absence of amine in the aerobic stage indicating that an oxidative process was responsible by metabololite biodegradation. Tyrosinase activity was observed for Brevibacterium sp, suggesting the role of this enzyme in the decolorization process, but no-activity was observed for laccase and peroxydase. In the Fourier Transformed Infra Red (FTIR) analysis after microaerophilic or static decolorization, new bands were observed in region attributed to amine groups. These bands disappeared in the aerobic stage and a new broad region associated with carboxylic acid and NH3+ ions were observed. However, in the aerobic stage the partial mineralization of the dye degradation products and of the medium metabolites was confirmed. The decolorization products of the RR198 dye were analyzed by High Performence Liquid Chromatography (HPLC- MS) for tentative identification of the unknown metabolites tentating identifield compounds included, 4-chloro-N-o-tolyl-1,3,5-triazin-2-amine; sodium 4-aminonaphthalene-2-sulfonate and 3,6-dimethyl-7-(o-tolyldiazenyl) naphthalen-1-amine. After aerobic conditions the intensity of these metabolites was reduced. These results were also confirmed by FTIR and could be explained by degradation of these aromatics coumpounds previously generated in microaerophylic or static stage. After an extended period of time, laccase catalyzed polymerization of the aromatic amines in the destained solutions. The products generated precipitated spontaneously from the solution and acquired some color as confirmed by the UV-Vis analysis. The particle size was also significantly higher after laccase treatment as show by Photon Correlation Spectroscopy analysis (PCS). The bacterial strains used in this study were able to totally destain the azo dyes under microaerophilic or static condition. In the aerobic stage, partial mineralization of the dye decolorization products as well as of the medium metabolites was also confirmed by toxicity testing and TOC measurements. The strains were identified by 16S rDNA gene sequence analysis as Staphylococcus arlettae, Klebsiella sp, Microbacterium sp, Leucobacter albus e Brevibacterium sp.DoutoradoDoutor em Ciência de Alimentos[s.n.]Durrant, Lúcia Regina, 1957-Silva, Isis SerranoGrossman, Matthew JamesTomaz, Rose Marry Araujo GondimSantos, Eder da Costa dosUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia de AlimentosPrograma de Pós-Graduação em Ciência de AlimentosUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASFranciscon, Elisangela, 1973-2010info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf144 p. : il.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1611879FRANCISCON, Elisangela. Descoloração e degradação de azocorantes por bacterias. 2010. 144 p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1611879. 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