71072011 aplicacion tween_80_d_limoneno_biorremediacion
TRANSCRIPT
[Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011] ISSN: 2007-2716
Cómo citar: Riojas H. H., P. Gortáres, I. Mondaca y J. J. Balderas (2011), “Aplicación de Tween 80 y D-Limoneno en la biorremediación de suelo contaminado con hidrocarburos”, Ide@s CONCYTEG, 6 (71), pp. 571-584.
571 ISBN 978-607-8164-02-8
Aplicación de Tween 80 y D-Limoneno en la biorremediación de suelo contaminado con hidrocarburos
Héctor H. Riojas González1, Pablo Gortáres Moroyoqui2, Iram Mondaca Fernández3 y José de Jesús Balderas Cortes4
Resumen La aplicación de surfactantes y solventes en biorremediación incrementa la biodisponibilidad de hidrocarburos, lo cual mejora la eficiencia de remoción. El surfactante no iónico Tween 80 ha demostrado ser efectivo en procesos de biorremediación, siendo además biodegradable. El aceite vegetal D-Limoneno actúa en la biorremediación como un solvente natural, remueve el hidrocarburo y además puede servir como sustrato para los microorganismos degradadores. La finalidad de mezclar Tween 80 con el D-Limoneno es ocasionar una sinergia de modo que se incremente el porcentaje de remoción de hidrocarburos. La presente revisión tiene por objeto describir las características de los surfactantes y solventes en la biorremediación, dándole un énfasis a los efectos que influyen en la mezcla Tween 80 con el D-Limoneno. Palabras clave: biorremediación, Tween 80, D-Limoneno, hidrocarburos
1 Estudiante de Doctorado en Ciencias en Biotecnología, Instituto Tecnológico de Sonora. 2 Profesor/Investigador. Departamento de Biotecnología y Ciencias Alimentarias, Instituto Tecnológico de Sonora. [email protected] 3 Profesor/Investigador. Departamento de Biotecnología y Ciencias Alimentarias, Instituto Tecnológico de Sonora. [email protected] 4 Jefe del Departamento de Biotecnología y Ciencias Alimentarias, Instituto Tecnológico de Sonora; [email protected]
Aplicación de Tween 80 y D-Limoneno en la biorremediación de suelo contaminado con hidrocarburos Héctor H. Riojas González, Pablo Gortáres Moroyoqui, Iram Mondaca Fernández y José de Jesús Balderas Cortes
572 ISBN 978-607-8164-02-8
Summary In bioremediation, the usage of surfactants and solvents increase the bioavailability of hydrocarbons, which ease the efficiency of remotion. The not ionic surfactant Tween 80 had demonstrated to be quite effective in bioremediation process and it’s environmental friendly and biodegradable. The vegetal oil D-Limoneno acts as natural solvent in the bioremediation, although it removes the hydrocarbon and can be used as a substratum for degrading microorganisms. The main purpose of mixing Tween 80 with D-Limoneno is to produce a reaction in a way the remotion of hydrocarbons’ percentaje may increase. The present review focuses in describe the surfactants and solvents characteristics in the bioremediation, giving a special attention to the effects that influence the mix of Tween 80 with D- Limoneno. Keywords: Bioremediation, Tween 80, D-Limoneno, hydrocarbons. Introducción
a contaminación ambiental
ocasionada por el petróleo y
productos petroquímicos (mezclas
complejas de hidrocarburos) se reconoce
como uno de los más graves problemas de
la actualidad, sobre todo cuando se asocia a
los derrames accidentales a gran escala
(Plohl y Leskovsek, 2002). Además de este
impacto ambiental negativo, la
contaminación con hidrocarburos genera
impactos de tipo económico, social y de
salud pública en las zonas aledañas al lugar
afectado (Nadarajah et al, 2002). Por tal
motivo, es necesario desarrollar tecnologías
las cuales deben ser efectivas y que no
supongan un alto costo de instalación y
operación. Por lo que se propone la
biorremediación, la cual además de
solucionar el problema se puede considerar
como “amigable” al medioambiente, puesto
que no genera residuos intermedios (como
el caso de algunos tratamientos químicos)
que ocasionen otro problema posterior al
ambiente (Rittmann y McCarty, 2001;
Madigan et al, 2003). Aunque la
biorremediación puede resultar lenta,
cuando se lleva a cabo de manera natural,
se han propuesto opciones para
incrementarla. El uso de algunas
alternativas tales como adición de inóculo,
el compostaje (estiércol o lodos activados),
la adición de sustancias que mejoren la
biodisponibilidad de los compuestos a
biorremediar, o incluso el uso de plantas
(fitorremediación) son algunas de las
estrategias que se han empleado.
En este artículo se hace énfasis en una
mezcla de un surfactante con un solvente,
que ha dado buenos resultados de remoción
de hidrocarburos. Esta mezcla consiste de
un surfactante no iónico, Tween 80, el cual
se ha aplicado con éxito en la
biorremediación y de un solvente, el D-
L
[Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011]
573 ISBN 978-607-8164-02-8
Limoneno, el cual es un extracto de
cáscaras de naranja, que ha tenido éxito en
productos de limpieza (Nguyen y Sabatini,
2009). Al momento de mezclarse estas dos
sustancias pueden obtener una sinergia, lo
cual es muy adecuado porque con ello se
logra mejorar la biorremediación en su
conjunto.
Tipos de técnicas de biorremediación
La biorremediación es una técnica
innovadora que se ha desarrollado en las
dos últimas décadas, y ha sido aplicada con
éxito en el tratamiento de suelos
contaminados con hidrocarburos,
caracterizándose por ser una técnica de bajo
costo de operación. Sin embargo, la
aplicación de este tipo de tecnología ha
encontrado cierta resistencia debido al
tiempo necesario para conseguir las metas
de saneamiento deseadas (Cerniglia y
Shuttleworth, 2002).
El uso de tecnologías de biorremediación
para el tratamiento de sitios contaminados
es una opción que presenta ventajas con
respecto a métodos físicos y químicos, tales
como: a) sencillas de implementar, b)
efectivas y ambientalmente seguras c) los
contaminantes se destruyen o transforman
d) generalmente no se requieren
tratamientos adicionales, e) son económicas
(80-150 USD/m3) (Bollag, 1992).
Entre los tratamientos de biorremediación
se pueden mencionar los siguientes:
a) la bioestimulación que consiste en
el incremento de las poblaciones
microbianas indígenas existentes en
el suelo, mediante adición de
nutrientes, regulación de
condiciones redox, cambio de pH, u
otras condiciones diversas sobre las
que se puede influir.
b) la bioaugmentación o inoculación
de microorganismos capaces de
actuar específicamente en
determinados ambientes
contaminados.
c) el bioventeo que consiste en el
suministro de aire, con bajas
velocidades de flujo, para satisfacer
los requerimientos de oxígeno de
los microorganismos
biodegradadores.
d) la biolabranza, que consiste en arar
el suelo contaminado, con el fin de
airear y homogenizar el suelo
contaminado para estimular la
actividad microbiana, así como
mantener condiciones óptimas de
pH, la temperatura y aireación.
e) el compostaje que es un sistema
que utiliza a los microorganismos
para degradar contaminantes del
suelo, generalmente se realiza en
biopilas.
f) la aplicación de enzimas
inmovilizadas capaces de
Aplicación de Tween 80 y D-Limoneno en la biorremediación de suelo contaminado con hidrocarburos Héctor H. Riojas González, Pablo Gortáres Moroyoqui, Iram Mondaca Fernández y José de Jesús Balderas Cortes
574 ISBN 978-607-8164-02-8
transformar o degradar algunos
contaminantes específicos.
g) la fitorremediación, que es un
proceso que utiliza plantas o
microalgas. Muchas de éstas
tecnologías pueden ser aplicadas
tanto in situ como ex situ ya que los
suelos contaminados pueden ser
trasladados a espacios apropiados
diferentes a donde se produce la
contaminación (Mishra, et al, 2001;
Volké y Velasco, 2003).
Características de los surfactantes y solventes
Los surfactantes son sustancias químicas
cuya molécula presenta una parte polar y
una parte apolar (Raiger y López, 2009). La
parte apolar es una cadena hidrocarbonada
lineal o ramificada, incluyendo a veces un
núcleo aromático, con un número de
átomos de carbono variando en general
entre 12 y 20. Como consecuencia, la
interacción entre polar-apolar implica que
un surfactante obtenga un grupo apolar
netamente más grande que su grupo polar
ionizado (carboxilato, sulfanato, sulfato,
etc.) de ahí proviene que al surfactante se
esquematice a menudo con una pequeña
“cabeza” polar y una larga “cola” apolar
(Salager, 1987; Rojas y Bullon, 1995).
Algunos se denominan aniónicos por que
forman un ion negativo en solución acuosa;
entre ellos se pueden mencionar los alquil
benceno sulfonatos (detergentes), el lauril
sulfato (espumante) y las sales de ácidos
grasos (jabones). Otros forman un ion
positivo en agua y se denominan catiónicos,
como por ejemplo el cetil trimetil amonio,
un agente bactericida, hidrofobante y
antiestático. Los que no se ionizan en agua
se llaman no iónicos. Sus grupos polares
están formados por funciones éter, éster,
alcohol, cetona, ácido, amina ó amida.
Entre los más comunes se pueden citar los
alquil fenol etoxilados (detergentes,
dispersantes) y los copolímeros de óxido de
etileno y óxido de propileno (dispersantes)
(Salager et al, 2007).
La dualidad polar-apolar de las moléculas
de surfactantes, les confiere propiedades
muy particulares. Para satisfacer su doble
afinidad, las moléculas de surfactantes se
ubican en la interfase de tal forma que su
grupo polar esté cubierto en agua y su
grupo apolar esté fuera del agua. Esta
migración de las moléculas de surfactante
en la interfase se llama adsorción. La
adsorción puede deberse al grupo hidrófobo
señalado anteriormente, o a otros efectos
como la atracción electroestática. En
soluciones acuosas, los surfactantes forman
estructuras esféricas organizadas llamadas
micelas, que por su naturaleza anfipática,
tienen la capacidad de solubilizar
compuestos hidrofóbicos (Bhairi, 2001). El
empleo de surfactantes se ha propuesto
[Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011]
575 ISBN 978-607-8164-02-8
como una técnica para incrementar la
biodisponibilidad de contaminantes
orgánicos hidrofóbicos (HOCs) como
hidrocarburos totales de petróleo (HTP),
explosivos, clorofenoles, pesticidas, entre
otros, y así facilitar su biodegradación
(Majer et al, 1999).
Los surfactantes pueden ser sintetizados
químicamente o bien por algunos
microorganismos, en este último caso se les
conoce como biosurfactantes. Estos
compuestos incrementan la solubilidad de
los HOCs a través de una fase micelar
(hidrofílica/hidrofóbica), la cual propicia la
desorción de los contaminantes del suelo
hacia la fase líquida, lográndose así un
incremento en la biodisponibilidad de los
HOCs. La solubilización de los
contaminantes se lleva a cabo solamente
cuando se forma la fase micelar, la cual se
obtiene cuando la concentración del
surfactante es superior a la concentración
micelar critica (CMC), es decir, arriba de la
concentración máxima a la cual el
monómero del surfactante aún se mantiene
en solución (Ko et al, 2000). La CMC es
una propiedad muy sensible a la
temperatura y polaridad del medio, y
generalmente su valor se reporta a
temperaturas entre 20 y 25°C.
Los surfactantes facilitan o aumentan la
emulsividad, dispersión, mojado,
distribución, adherencia, penetración y
otras propiedades de las superficies de los
líquidos. Ellos son compuestos que
producen cambios físicos en la superficie
de los líquidos, ocurriendo dichos cambios
en la interfase entre dos líquidos, o entre un
líquido y un gas o sólido. Debido a los
cambios que ellos producen en las
superficies, los surfactantes se conocen
como agentes con actividad superficial. Las
aplicaciones prácticas de los surfactantes
son debidas a su tendencia a ser absorbidos
en la interfase entre la solución y la fase
líquida, sólida o gaseosa adyacentes. Todos
los surfactantes poseen la forma común de
un grupo soluble en agua (hidrofílico)
adherido a una larga cadena hidrocarbonada
soluble en aceite (lipofílico).
Los solventes se han empleado
principalmente para solubilizar HOCs en
suelos mediante tratamientos de lavado in
situ. Esta técnica implica la inyección de
solventes, los cuales, al igual que los
surfactantes son capaces de incrementar la
solubilidad de los contaminantes. Los
solventes empleados más comúnmente con
este fin, son los alcoholes (metanol, etanol
y propanol), los cuales tienen la propiedad
de ser miscibles en agua y en la fase
hidrofóbica de los contaminantes. Es decir,
cuando se agregan grandes cantidades de
alcohol a un suelo contaminado, crea una
interfase entre el agua y el contaminante,
incrementando de esta manera la movilidad
y la solubilidad de la fase no acuosa de los
HOCS. Además de los alcoholes, otros
compuestos usados para desorber HOCS
son el diclorometano, acetona, tolueno,
Aplicación de Tween 80 y D-Limoneno en la biorremediación de suelo contaminado con hidrocarburos Héctor H. Riojas González, Pablo Gortáres Moroyoqui, Iram Mondaca Fernández y José de Jesús Balderas Cortes
576 ISBN 978-607-8164-02-8
ciclohexano, N,N-dimethilformamida y
etilacetato (Brinch et al, 2002).
Aunque la aplicación de los solventes
comúnmente ha sido para incrementar la
solubilidad de los HOCs, existen estudios
que demuestran que su adición puede
incrementar la degradación de algunos
contaminantes en la fase hidrofóbica
(Birman y Alexander, 1996). Una de las
claves del éxito de esta técnica es la
selección adecuada del solvente (Kueper et
al, 1997); los criterios que deben
considerarse para su selección son: a)
capacidad para disolver cantidades
adecuadas del contaminante, b) baja
toxicidad en concentraciones traza
(ausencia de carcinogenicidad), c)
fácilmente biodegradable, d) rutas de
degradación conocidas y e) costo unitario
(Block, 2000).
Aplicación de los surfactantes y solventes en la biorremediación
Al hacer referencia a la biorremediación,
además de considerar las vías degradativas
y la regulación de los microorganismos que
llevan a cabo la detoxificación de los
contaminantes, también es necesario
considerar otros factores que influyen en el
rendimiento de la biorremediación. Es
decir, no es suficiente adicionar cepas con
altas eficiencias degradadoras, si existen
factores que limiten su verdadero potencial,
uno de los principales factores es la
biodisponibilidad del contaminante. En
otras palabras, si un compuesto no se
encuentra disponible para la célula, ésta no
lo podrá utilizar como sustrato; esto es lo
que sucede con los hidrocarburos que son
altamente insolubles en agua o bien, pueden
encontrarse unidos hidrofóbicamente con
otros sustratos. Por las razones anteriores,
actualmente en el campo de investigación
en biorremediación se han llevado a cabo
esfuerzos en la búsqueda de nuevas técnicas
que permitan aumentar la biodisponibilidad
de los contaminantes. Los surfactantes y
solventes son compuestos que pueden
emplearse con este fin (Majer et al, 1999).
El uso de surfactantes no iónicos, es una de
las prácticas más comunes y efectivas
empleadas para la desorción de compuestos
orgánicos hidrofóbicos (HOCs) (Kotterman
et al, 1998; Ghosh, 1997). La eficiencia de
desorción de un surfactante depende de su
naturaleza, de la dosis empleada, de la
hidrofobicidad del contaminante, de la
interacción surfactante-suelo y del tiempo
de contacto surfactante-suelo (Guha y
Jaffé, 1996).
Sin embargo, la mejor eficiencia de
desorción no está siempre relacionada con
la mejor eficiencia de degradación, debido
principalmente a que el empleo de una alta
[Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011]
577 ISBN 978-607-8164-02-8
concentración de surfactante puede inhibir
la degradación. Laha y Luthy (1992) y
Stelmack et al, (1999) demostraron que el
uso de surfactantes reduce la adhesión de
las bacterias en la superficie hidrofóbica,
dando como resultado una baja actividad de
biodegradación. Para solucionar este tipo de
problema, algunos investigadores
recomiendan la utilización de surfactantes
fácilmente biodegradables, como el Brij 30,
Brij 35 y Tween 80 (Ghosh, 1997).
Abiola y Olenyk (1997) determinaron que
el uso de surfactantes favorece la remoción
de HTP en un suelo contaminado con
20,000 mg/kg de suelo. Los sistemas
experimentales fueron biopilas estáticas
alargadas con y sin surfactante. El grupo
observó que en las biopilas adicionadas de
surfactante, se lograba una mayor
biodegradación de hidrocarburos. De
acuerdo con Singh-Cameotra y Bollag
(2003), los surfactantes son eficaces en
reducir la interfase del petróleo y también
pueden reducir la viscosidad del aceite.
En los tratamientos asistidos con
surfactantes y sin ellos, presentan una
diferencia mayor en bajas concentraciones,
lo cual ratifica la necesidad del suministro
de agentes de superficie esenciales para
lograr una adecuada biodisponibilidad (Tsai
et al, 2009). Del mismo modo, Helmy et al.
(2009) reportan una mejora en la
biodegradación después de 105 días de
tratamiento (concentración inicial 10,000
mg/kg) con una eficiencia remoción de
HTP de 63.8% sin surfactantes y del 90.9 %
cuando se adicionó surfactantes (Tween
80). Los autores lo atribuyen a que el
surfactante aumenta la superficie de
contacto del agua con el sustrato
hidrofóbico insoluble y el aumento de la
biodisponibilidad tanto del agua como de
las sustancias insolubles (Brinch et al,
2002; Van Gestel et al, 2003; Silva et al,
2009).
En el caso de la aplicación de solventes,
ésta ha sido básicamente empleada para
incrementar la solubilidad de los HOCS
(Catherine y Luthy, 1993). Sin embargo, se
ha observado también que el empleo de
solventes mejora la biodegradación de los
contaminantes en la fase hidrofóbica
(Birman y Alexander, 1996). El tolueno ha
sido uno de los solventes más empleados
con este fin, teniendo entre sus principales
características que es un excelente solvente
de compuestos polares y asfaltenos
(Fenistein et al, 1998). Sin embargo, este
tipo de compuesto resulta extremadamente
tóxico, por lo que un punto crítico para el
uso del tolueno es precisamente la
tolerancia de los microorganismos. Aunque
hay microorganismos degradadores de
tolueno, éstos no son inmunes a su efecto
tóxico y son sensibles a su presencia, sin
embargo, son capaces de recuperarse
(Huertas et al, 1998).
García et al, (2002) demostraron que la
adición de tolueno en suelos
intemperizados, tiene un efecto positivo en
Aplicación de Tween 80 y D-Limoneno en la biorremediación de suelo contaminado con hidrocarburos Héctor H. Riojas González, Pablo Gortáres Moroyoqui, Iram Mondaca Fernández y José de Jesús Balderas Cortes
578 ISBN 978-607-8164-02-8
la desorción de los HTP y en la
biodegradación de estos compuestos. De
acuerdo con sus resultados, la adición de
14,000 mg de tolueno/kg de suelo,
incrementó la velocidad degradación de los
HTP en un suelo contaminado con 292,000
mg de HTP/kg de suelo, hasta tres veces
con respecto a la velocidad observada para
un suelo sin tolueno. En 30 días de
tratamiento se obtuvo 45% de degradación
de HTP en el suelo tratado con tolueno.
En estudios de biorremediación, de suelo
contaminado con diesel, llevados a cabo en
fermentación de medio sólido (columnas
tipo Raimbault), en la cual se agregaron
nutrientes, oxígeno y una mezcla al 50%
(v/v) del surfactante no iónico Tween 80 y
D-Limoneno, se logró una eficiencia de
remoción de hasta el 78% de una
concentración inicial de diesel de 5,950
mg/kg (Riojas et al, 2010).
Características del Tween 80
Los ésteres grasos del sorbitan
(generalmente denominados Spans, como
marca comercial) y sus derivados
etoxilados (generalmente conocidos como
tweens) fueron comercializados
inicialmente por Atlas en USA y
comprados por ICI. Los ésteres del sorbitan
se producen por interacción del sorbitol con
un ácido graso a una elevada temperatura
(> 200°C). Los derivados etoxilados de los
Spans se producen por la reacción del óxido
de etileno con cualquier grupo hidroxilo
libre del grupo éster del sorbitan. De forma
alternativa, el sorbitol es primero etoxilado
y después esterificado.
El Monooleato de sorbitán etoxilado
conocido comercialmente como Tween 80
es insoluble en agua, pero soluble en la
mayoría de disolventes orgánicos y no se
ionizan en solución acuosa, por lo que no es
afectado por el agua dura; es decir, no
forma sales insolubles con iones calcio,
magnesio, férrico, entre otros. También
puede ser usado en soluciones ácidas
fuertes. Tiene baja toxicidad y en general,
baja fitotoxicidad (Hickey et al, 2007). Otra
propiedad de este surfactante no iónico es
su actividad como emulsificador, formando
emulsiones estables. Forma menos espuma
que los surfactantes aniónicos y es
considerado como agente espumante leve
ha moderado. Además de lo antes señalado,
el Tween 80 es adecuado para la
biorremediación debido a que su CMC (12
g/L) es baja con respecto a otros
surfactantes. Esta baja CMC, permite la
formación de micelas a bajas
concentraciones de surfactante. De acuerdo
con los resultados presentados por Ghosh
(1997), este surfactante puede ser adsorbido
por el suelo y degradado por los
microorganismos hasta en un 99.6%,
[Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011]
579 ISBN 978-607-8164-02-8
durante los primeros 10 días de un
tratamiento de biorremediación.
Características del D-Limoneno
Los aceites típicos como el D-Limoneno,
tolueno, benceno, tetraclorometano son
considerados y empleados como solventes,
una parte de las moléculas se inserta a los
constituyentes de la película interfacial
mientras que el resto se distribuye entre las
fases acuosa y oleosa según su afinidad
relativa (Antón et al, 1992). Los terpenos
son una gran clase de metabolitos
secundarios de las plantas de los cuales, el
limoneno está distribuido por lo menos en
300 especies, por lo que se convierte en un
sustrato disponible a bajo costo para ser
usado en diversos procesos (Prieto et al,
2007).
En el caso del D-Limoneno extraído de la
cáscara de naranja, conocido también como
terpeno de naranja, es un líquido incoloro a
ligeramente amarillo, con un olor cítrico
característico y tiene evaporación de
moderada a lenta. En cuanto al costo, se
podría adquirir el D-Limoneno de los
desperdicios de la industria cítrica y con
esto reducir los costos para su obtención. Es
de fácil biodegradación por ser obtenido de
fuentes naturales. Principalmente, es usado
como componente en formulaciones de
agentes limpiadores, desengrasantes y como
agente dispersante. Tiene un punto de
inflamación típico de 40 ºC y puede ser
empleado como solvente cuando se aplica
en frío (Lif y Holmberg, 2006; Nguyen y
Sabatini, 2009).
Mezcla de Tween 80 con D-Limoneno para mejorar la biorremediación
En experimentos realizados, por este equipo
de investigación, con la mezcla de un
surfactante no iónico como el Tween 80 y
el D-Limoneno origina un mayor
rendimiento en la remoción y desorción de
los hidrocarburos adheridos en la matriz del
suelo, lo cual evidencia una sinergia que
potencia la biorremediación
En muchas aplicaciones industriales se han
realizado diversas mezclas de surfactantes
en vez de aplicaciones de surfactantes
individuales. En algunos casos este efecto
es involuntario ya que los surfactantes
comerciales, ocasionalmente son mezclas
de materiales no homogéneos o con materia
prima sin reaccionar. En otros casos se
mezclan surfactantes puros con el propósito
de mejorar las propiedades del producto
(Rivas y Gutiérrez, 1999; Bravo et al, 2004;
Bergström y Eriksson, 2000; Gharibi et al,
2002).
En la biorremediación, uno de los
parámetros principales que influyen en el
alcance de la biodegradación es su
biodisponibilidad (Bouwer et al, 1997). Los
Aplicación de Tween 80 y D-Limoneno en la biorremediación de suelo contaminado con hidrocarburos Héctor H. Riojas González, Pablo Gortáres Moroyoqui, Iram Mondaca Fernández y José de Jesús Balderas Cortes
580 ISBN 978-607-8164-02-8
contaminantes hidrófobos no son
fácilmente biodisponibles debido a su baja
solubilidad acuosa o su tendencia en
adsorberse fuertemente al suelo (Billingsley
et al, 2002; Thibault et al, 1996). La
biodisponibilidad es el factor más
importante para que la degradación
biológica termine siendo lenta, además
parece disminuir con el tiempo de
envejecimiento del suelo (Makkar y
Rockne, 2003). La biodisponibilidad
limitada de un contaminante se presenta
cuando su tasa de degradación por
microorganismos está afectada por una
barrera físico-química entre el
contaminante y los microorganismos. Al
mezclarse el surfactante con el D-
Limoneno, en la biorremediación, mejora el
rendimiento del surfactante, esto se puede
deberse a que el D-Limoneno puede ayudar
a la remoción, biodisponibilidad y actuar
como un sustrato de crecimiento de los
microorganismos degradadores de
hidrocarburos, también se tienen reportes
que el D-Limoneno ha sido de interés en
formulaciones de productos de limpieza en
superficie dura, remediación
medioambiental y aplicaciones de biodiesel
(Lif y Holmberg, 2006; Nguyen y Sabatini,
2009).
Esto se puede explicar probablemente por
dos razones: a) la posible sinergia que
pueda existir entre la molécula del D-
Limoneno y la micela del surfactante
ocasionando una ampliación del tamaño en
el núcleo y con un avance en la capacidad
de separación del contaminante por las
micelas y b) por la relación del HLB
(Balance Lipofílico-Hidrofílico) y tensión
superficial donde el Tween 80 obtiene
valores superiores (comparado a con otros
surfactantes) y se aumenta con la ayuda del
D-Limoneno.
En otro estudio sobre sinergias de
surfactantes con solventes en la remoción
de hidrocarburos, llevado a cabo por Chu y
Kwan, (2002), se encontró que la adición de
acetona al surfactante mejora su
rendimiento de remoción de un 15-25%. La
adición de disolventes a una solución de
surfactante permite un mejor rendimiento
de lavado, esto debido a que ayuda
eficazmente a la disolución del
contaminante hidrofóbico llevándolo a la
fase acuosa de las partículas del suelo, con
esto los contaminantes son transferidos de
la fase sólida hacia la fase líquida o bien
puede ser capturado por el núcleo micelar y
en ambos casos se consideran validos para
el proceso de descontaminación. Además el
propio disolvente puede ser solubilizado en
el núcleo, dando lugar a un disolvente
incorporado en la micela (Chu y Kwan,
2003).
La sinergia de la mezcla (Tween 80 con D-
Limoneno) se puede atribuir también a que
el surfactante utilizado (Tween 80) es una
[Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011]
581 ISBN 978-607-8164-02-8
fuente de carbono fácilmente biodegradable
(Ghosh, 1997), que por sus propiedades
fisicoquímicas, inicialmente es cuantificado
como materia orgánica y como parte de los
compuestos solubles del hidrocarburo, y
por lo tanto la máxima velocidad de
biodegradación de este compuesto se
detecta en los primeros días del tratamiento.
Por otra parte, se ha demostrado que los
surfactantes que incrementan la solubilidad
de los hidrocarburos, pueden acelerar su
biodegradación debido al incremento en su
biodisponibilidad (Bardi et al, 2000). Esto
aunado a que el D-Limoneno es candidato
para mezclarse con los disolventes
orgánicos y surfactantes, ocasiona que
agregando este aceite natural en el suelo
facilite aun más la remoción, la
biodisponibilidad y actuar como un sustrato
en el crecimiento de los microorganismos
degradadores de hidrocarburos, de modo
que el D-Limoneno, mejora su remoción al
ser mezclado con este surfactante .
Conclusiones
La biorremediación de suelo contaminado
con hidrocarburos puede ser beneficiada
cuando se le agrega surfactantes, la elección
de éste es crucial para lograr éxito en la
biorremediación. La mezcla de surfactante
con solvente como es el caso del Tween 80
con el D-Limoneno actúan de manera
conjunta, logrando con esto mejorar el
proceso de biorremediación.
Bibliografía Abiola, A., y M.Olenyk (1997), Effects of
amendment surfactants on bioremediation of hydrocarbon contaminated soil by composting. 34th. Annual Soil Science Workshop. Alberta, Cánada, febrero.
Antón, R., J. L. Salager, A. Graciaa y J.
Lachaise (1992), Surfactant-oil-water systems near the affinity inversion – Part VIII: Optimum formulation and phase behavior of mixed anionic-nonionic systems versus temperature. J. Dispersion Sci. Technol., 13, 565-579.
Bardi, L., A. Mattei, S. Steffan y M. Marzona
(2000), Hydrocarbon degradation by a soil microbial population with beta-cyclodextrin as surfactant to enhance bioavailability, Enzyme Microb Technol. 27, pp. 709–13.
Bergström, M. y J. C. Eriksson (2000), A
theoretical analysis of synergistic effects in mixed surfactant systems. Langmuir, 16, pp. 7173-7181.
Bhairi, S.M. (2001), “Detergents: a guide to the
properties and uses of detergents in biological systems”, Calbiochem-Novabiochem Corporation, pp.41.
Billingsley, K.A., S.M. Backus, S. Wilson, A.
Singh y O. P. Ward (2002), “Remediation of PCBs in soil by surfactant washing and biodegradation in the wash by Pseudomonas sp. LB400”, Biotechnol. Lett, 24, pp. 1827–1832.
Birman, I. y M. Alexander (1996), “Optimizing
biodegradation of phenanthrene dissolved in nonaqueous-phase liquids”, Applied Microbiology and Biotechnology, 45, pp. 267-272.
Block, D. (2000), “Acetone helps microbes
remediate TNT-contaminated soil”, BioCycle, 41 (8), pp. 38-40.
Bollag, J.M. (1992), “Decontaminating soil with
enzymes: An in situ method using phenolic and anilinic compounds”, Environmental Science & Technology, 26, pp.1876–1881.
Bouwer, E.J., W. Zhang, L. P. Wilson y N. D.
Durant (1997), “Biotreatment of PAHcontaminated soils/sediments”, Ann NY Acad Sci., pp. 829,103–17.
Aplicación de Tween 80 y D-Limoneno en la biorremediación de suelo contaminado con hidrocarburos Héctor H. Riojas González, Pablo Gortáres Moroyoqui, Iram Mondaca Fernández y José de Jesús Balderas Cortes
582 ISBN 978-607-8164-02-8
Bravo, B., G. Chávez, A. Cáceres, F. Ysambertt y N. Márquez (2004), “Thermodynamic parameters of the chromatographic equilibrium distribution process of amphiphilic compound by HPLC”, Part II: Nonylphenol Polyethoxylated. CIENCIA, 12 (4), pp. 323-330.
Brinch, U.C., F. Ekelund, y C. Jacobsen. (2002), “Method for spiking soil samples with organic compounds”, Applied Environmental Microbiology, 68 (4), pp. 1808 - 1816.
Catherine, A. P. y R. Luthy (1993), “Coal tars
dissolution in water-miscible solvents: experiment evaluation”, Environmental Science & Technology, 2713, pp. 2831-2843.
Cerniglia, C.E. y K.L. Shuttleworth. (2002),
“Methods for isolation of polycyclic aromatic hydrocarbons PAH.-degrading microorganisms and procedures for determination of biodegradation intermediates and environmental monitoring of PAHs”, en C. J. Hurst, R. L. Crawford, G. R. Knudsen, M. J. McInerney y L. D. Stetzenbach, Manual of Environmental Microbiology 2nd. Edition. Editorial American Society for Microbiology, Washington D.C., U.S.A., pp. 972–986.
Chu, W. y C. Y. Kwan (2002), “The direct and
indirect photolysis of 4, 40-dichlorobiphenyl in various surfactant/solvent-aided systems”, Water Research, 36 (9), pp. 2187–2194.
Chu, W. y C. Y. Kwan (2003), “Remediation of
contaminated soil by a solvent/surfactant system”, Chemosphere, 53, pp. 9−15.
Fenistein, D., L. Barré, D. Broseta, D. Espinat,
A. Livet, J. Roux y M. Scarsella (1998), “Viscosimetric and neutron scattering study of asphaltene aggregates in mixed toluene/heptanes solvent”, Langmuir. 14, pp. 1013-1020.
García, R.M., C. G. Saucedo, H. S. Flores y R. M. Gutiérrez (2002), “Mass transfer and hydrocarbon biodegradation of aged soil in slurry phase”, Biotechnol. Prog. 18, 728-733.
Gharibi, H., S. M. Hashemianzadeh y B. M.
Razavizadeh (2002), “Determination of interaction parameters of mixed surfactant system using a Monte Carlo simulation
technique”, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 196, pp. 31–38.
Ghosh, M.M. (1997), Kinetic considerations in
surfactant-enhanced bioavailability of soil-bound PAH, The Sixth International in situ and on site Bioremediation Symposium. Battelle, 2, pp. 575-580.
Guha, S. y P. R. Jaffé (1996), “Bioavailability
of hydrophobic compounds partitioned into the micellar phase of nonionic surfactants”, Environmental Science & Technology, 30, pp. 1382-1391.
Helmy, Q., E. Kardena y Wisjnuprapto. (2009),
“Performance of petrofilic consortia and effect of Surfactant tween 80 addition in the oil sludge removal Process”, Journal of Applied Sciences & Environmental Management., 4 (3), pp. 207-218.
Hickey, A.M., L. Gordon, A. D. W. Dobson, C.
T. Kelly y E. M. Doyle (2007), “Effect of surfactants on fluoranthene degradation by Pseudomonas alcaligenes PA-10”, Applied Microbiology and Biotechnology, 74, pp. 851-856.
Huertas, J., E. Duque, S. Marqués y J. Ramos
(1998), “Survival in soil of differents toluene degrading Pseudomonas strains after solvent shock” Applied Environmental Microbiology, 64 (1), pp. 38-42.
Ko, S. O., M. A. Schlautman y E. R. Carraway
(2000), “Cyclodextrin-enhanced electrokinetic removal of phenanthrene from a model clay soil”, Environmental Science & Technology, 34, 1535-1541.
Kotterman, M.J.J., H. J. Rietberg, A. Hage, y J.
A. Field (1998), “Polycyclic aromatic hydrocarbon oxidation by the white-rot fungus Bjerkandera sp. strain BOS55 in the presence of nonionic surfactants”, Biotechnol. Bioeng. 57(2), pp. 220-227.
Laha, S. y R. G. Luthy (1992), “Effects of
nonionic surfactants on the solubilization and mineralization of phenanthrene in soil-Water systems”, Biotechnol. Bioeng. 40, pp. 1367-1380.
Lif, A. y K. Holmberg (2006), “Water-in-diesel
emulsions and related systems”, Advances in Colloid and Interface Science, 123–126, pp. 231–239.
[Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011]
583 ISBN 978-607-8164-02-8
Madigan, M.T., J. M. Martinko y J. Parker
(2003), Brock Biology of Microorganisms, 10th edition, Upper Saddle River, NJ, USA: Prentice-Hall.
Majer, R.M., I. L. Pepper y C. P. Gerba, (1999),
Environmental Microbiology, Academic Press, pp. 583.
Makkar, R. y K, Rockne (2003), “Comparison
of synthetic surfactants and biosurfactants in enhancing degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons”, Environ Toxicol Chem., 22 (10), pp. 2280–2292.
Mishra, S., J. Jyot, R. Kuhad y B. Lal (2001),
“Evaluation of inoculum addition to stimulates in situ Biorremediation of Oily-Sludge-Contaminated Soil”, Appl. Environ. Microbiol., 67(4), pp. 2235-2240.
Nadarajah, N., A. Singh y O.P. Ward. (2002),
“Evaluation of a mixed bacterial culture for de-emulsification of water-in-oil petroleum oil emulsions”, World J Microbiol Biotechnol, 18, pp. 435–40.
Nguyen, T.T. y D. A. Sabatini (2009),
“Formulating Alcohol-Free Microemulsions Using Rhamnolipid Biosurfactant and Rhamnolipid Mixtures”, J. Surfact Deterg., 12, pp. 109–115.
Plohl, K., y H. Leskovsek (2002), “Biological
degradation of motor oil in water”, Acta Chim. Slov., 49,pp. 279-289.
Prieto, G., J. Perea y E. Stashenko (2007),
“Biotransformación del limoneno para la obtención de terpenoides por la acción de bacterias: Rhodococcus erythropolis y Xanthobacter sp”, Scientia et Technica, Año XIII, No 33, pp. 291-292.
Raiger-Iustman, L.J. y N. I. López (2009), “Los
biosurfactantes y la industria petrolera”, Rev. QuímicaViva, 3(8), pp.146-161.
Riojas, H., P. Gortáres, I. Mondaca, J. Balderas
y L. G. Torres (2010), “Evaluación de la biorremediación aplicando mezclas de surfactante-solvente en suelo contaminado con diesel”, Rev. Latinoamer. Rec. Nat., 6(2), pp. 100-109.
Rittmann, B.E. y P. L. McCarty (2001),
Environmental Biotechnology: Principles and Application, New York, USA: McCraw-Hill.
Rivas, H. y X. Gutiérrez (1999), “Los
surfactantes: comportamiento y algunas de sus aplicaciones en la industria petrolera”, Acta Científica Venezolana, 50 (1), pp. 54-65.
Rojas, O. y J. Bullon (1995), Fisicoquímica del
destintado, Módulo AVTCP. Maracay – Venezuela.
Salager, J. L. (1987). Detergencía, Módulo de
enseñanza en fenómenos interfaciales. Universidad de Los Andes. Escuela de Ing. Química, Mérida – Venezuela. (7). Cuaderno FIRP 330.
Salager, J.L., J. Bullon y O. Rojas (2007),
“Surfactantes - Version 3”, Cuadernos FIRP Nº S340-C.
Singh-Cameotra, S. y J. M. Bollag. (2003),
“Biosurfactant-Enhanced Bioremediation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons”, Crit. Rev. Environ. Sci. Technol, 30 (2), pp. 111–126.
Silva I., M. Grossman y L. Durrant. (2009),
“Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (2-7 rings) under microaerobic and very low-oxigen conditions by soil fungi” Int. Biodeter. Biodeg. 63, pp. 224-229.
Stelmack, P.L., M. R. Gray y M. A. Pickard (1999), “Bacterial adhesion to soil contaminants in the presence of surfactants”, Applied and Environmental Microbiology, 65, 163-168.
Thibault, S.L., M. Anderson y W. T.
Frankenberger (1996), “Influence of surfactants on pyrene desorption and degradation in soils”, Applied and Environmental Microbiology, 62, pp. 283–287.
Tsai, T. T., C. M. Kao, T. Y. Yeh, S. H. Liang y
H. Y. Chien (2009), “Remediation of Fuel Oil-Contaminated Soils by a Three-Stage Treatment System”, Environmental Engineering Science, 26(3), pp. 651-659.
Van Gestel, K., J. Mergaert, J. Swings, J.
Coosemans y Ryekeboer. (2003), “Bioremediation of diesel oil-contaminated soil by composting with biowaste”, Environ. Poll., 125, pp. 361-368.
Volké, T. y J. Velasco (2003), “Biodegradación
de hidrocarburos del petróleo en suelos
Aplicación de Tween 80 y D-Limoneno en la biorremediación de suelo contaminado con hidrocarburos Héctor H. Riojas González, Pablo Gortáres Moroyoqui, Iram Mondaca Fernández y José de Jesús Balderas Cortes
584 ISBN 978-607-8164-02-8
intemperizados mediante composteo”, Instituto Nacional de Ecología. (INE-SEMARNAT), 1era. Edición, México: CENICA.
Referencias electrónicas United States Department of Defense (1997),
Technology practices manual for surfactants and cosolvents, Kueper, B., M. Pitts, K. Wyatt y T. Simpkin, disponible en:.
http://www.clu-in.org/PRODUCTS/AATDF/Toc.htm