Estudo da seletividade de catalisadores a base de cobre e paládio em transformações de hidrocarbonetos insaturados

Compreender a correlação entre as características de um catalisador particular e seu desempenho catalítico tem sido um dos principais objetos da pesquisa em catálise heterogênea a fim de usar esse conhecimento para o desenho racional de catalisadores mais ativos, seletivos e estáveis. A seletividade é um dos fatores mais importantes a ser controlado pelo desenho de catalisadores, podendo ser alcançada de diversas maneiras, levando-se em consideração mudanças do tipo estrutural, química, eletrônica, de composição, de cinética e de energia. O trabalho descrito nessa tese de doutorado compreende a síntese e caracterização de catalisadores compostos de nanopartículas de óxido de cobre, paládio e cobre-paládio e seu estudo em reações de hidrogenação e oxidação seletivas de hidrocarbonetos insaturados. Os catalisadores foram preparados através da deposição de nanopartículas dos metais cataliticamente ativos sobre suportes magneticamente recuperáveis compostos de nanopartículas de magnetita revestidas por sílica com superfícies funcionalizada com diferentes grupos orgânicos. A natureza magnética do suporte permitiu a fácil separação do catalisador do meio reacional pela simples aproximação de um ímã na parede do reator. O catalisador pôde ser completamente separado da fase líquida, fazendo com que a utilização de outros métodos de separação como filtração e centrifugação, comumente utilizados em sistemas heterogêneos líquidos, fossem completamente dispensados. Os catalisadores foram inicialmente testados em reações de hidrogenação de alquenos e alquinos. As reações de hidrogenação foram realizadas utilizando hidrogênio molecular como agente redutor, dispensando a utilização de agentes redutores mais agressivos. Os catalisadores compostos de NPs de Pd mostram excelente atividade e capacidade de reutilização na hidrogenação de cicloexeno, podendo ser utilizados em até 15 ciclos sem perda de atividade. Nas reações de hidrogenação de alquinos, os catalisadores que contêm cobre mostraram maior seletividade para a obtenção dos produtos de semi-hidrogenação, com destaque para o catalisador composto de NPs de CuPd, que não apresenta nem traços do produto de hidrogenação completa na amostra final. Esse catalisador bimetálico alia as características do paládio (elevada atividade) e do cobre (elevada seletividade) para fornecer um catalisador ativo e seletivo para a transformação desejada. Além disso, os grupos funcionais presentes na superfície do suporte catalítico mostraram influência na atividade e seletividade para a hidrogenação de alquenos e alquinos. Os catalisadores sintetizados também foram testados na reação de oxidação de cicloexeno e mostraram seletividade para a produção do composto carbonílico α,β-insaturado, cicloex-2-en-1-ona, que é um reagente de partida de grande interesse para a síntese de diversos materiais na indústria química. As reações de oxidação foram realizadas utilizando-se apenas O2 como oxidante primário, dispensando o uso de oxidantes tóxicos como cromatos, permanganatos ou compostos halogenados, que não são recomendados do ponto de vista ambiental. Os catalisadores sintetizados puderam ser reutilizados em sucessivos ciclos de oxidação, mostrando seletividade para a formação dos produtos alílicos em todos os ciclos. Os catalisadores foram estáveis sob as condições reacionais e não apresentaram problemas de lixiviação da espécie ativa para o meio reacional, que é comum na catálise heterogênea. Um estudo cinético mostrou que, mesmo no início da reação, o catalisador tem seletividade para a ocorrência de oxidação alílica em detrimento da reação de oxidação direta que dá origem ao epóxidos correspondente, e se mostrou condizente com o mecanismo proposto na literatura para a reação de oxidação de alquenos via radicalar.

Vegetais minimamente processados prontos para o consumo: influência da etapa de desinfecção na inativação de Salmonella Typhimurium, na ocorrência da contaminação cruzada e na avaliação quantitativa de risco microbiológico em relação a este patógeno

Dados mundiais apontam haver uma associação entre o aumento do comércio de vegetais minimamente processados prontos para o consumo (VPC) e o aumento da ocorrência de surtos de enfermidades transmitidas por alimentos. Durante o processamento industrial de VPC, a desinfecção é a principal etapa de inativação de micro-organismos patogênicos presentes, mas nessa etapa também pode ocorrer contaminação cruzada, com transferência de contaminantes de produtos contaminados para não-contaminados. Neste trabalho, foram coletadas informações sobre as práticas empregadas na etapa de desinfecção em dez importantes indústrias produtoras de VPC no Estado de São Paulo, avaliando-se, em seguida, a influência dessas práticas na qualidade microbiológica dos produtos e na inativação de Salmonella Typhimurium, bem como na ocorrência de contaminação cruzada por este patógeno. Um modelo de avaliação quantitativa de risco microbiológico foi elaborado para estimar o impacto da contaminação cruzada durante a etapa de desinfecção no risco de infecção por Salmonella devido ao consumo de VPC. Observou-se que, em todas as indústrias visitadas, a desinfecção dos vegetais era feita com produtos à base de cloro em concentrações de 50 a 240 mg/L, que resultava em redução de até 1,2 log na carga microbiana dos vegetais que entravam na linha de processamento. Ao avaliar a influência das características da água de processamento (pH, temperatura, concentração de matéria orgânica e concentração de dicloroisocianurato de sódio) e do tempo de contato entre a água clorada e os vegetais na redução de Salmonella, observou-se que a concentração do produto à base de cloro foi o parâmetro que apresentou maior influência (p<0.05). Concentrações de dicloroisocianurato de sódio acima de 10 mg/L foram necessárias para controle da contaminação cruzada durante a etapa de lavagem. O modelo de avaliação de risco construído indicou quantitativamente haver uma relação entre a concentração de dicloroisocianurato de sódio na água de desinfecção e o risco de ocorrência de surtos causados por Salmonella em VPC. Cenários simulando uso de dicloroisocianurato de sódio em concentrações abaixo de 5 mg/L indicaram que mais de 96% dos casos preditos de infecção por Salmonella poderiam ser atribuídos à ocorrência de contaminação cruzada, enquanto que em cenários com concentrações acima de 50 mg/L, casos de infecção devidos à contaminação cruzada não foram preditos. Estes resultados mostram que o controle da qualidade da água e o monitoramento da concentração de sanitizante na etapa de desinfecção são essenciais para evitar a ocorrência de contaminação cruzada e garantir a produção de VPC seguros para o consumo.

Caracterização de valores de referência de qualidade de sedimentos para compostos orgânicos no sistema estuarino da baixada santista, São Paulo

Em regiões altamente contaminadas como a região da Baixada Santista, é importante estabelecer metas para a recuperação do ambiente. Apesar da ausência da contaminação ser a meta ideal, as implicações e os custos associados a esse objetivo, demanda o estabelecimento de metas de recuperação realistas em relação aos contaminantes presentes na região. Com o objetivo de caracterizar valores de referência de qualidade de sedimentos para compostos orgânicos na região da Baixada Santista, o Canal de Bertioga foi escolhido como local de referência por ser uma região sem fontes industrais ou outras fontes pontuais relativas aos compostos analisados. Amostras de água, sedimento e ostras foram coletadas e os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (PAHs), bifenilos policlorados (PCBs) e pesticidas organoclorados (OCPs) foram determinados por técnicas cromatográficas. A avaliação dos resultados de análises de PAHs, permite afirmar com alguma segurança, que os valores da somatória de PAHs das amostras sedimentos são, na sua grande maioria, inferiores a 1.000 µg/kg, não superando 1.600 µg/kg, concentrações abaixo dos limites estabelecidos na Resolução CONAMA 344/04 e abaixo dos valores que possam causar algum efeito adverso à biota, conforme valores descritos na literatura. Resultados de análise de PCBs, OCPs, compostos fenólicos e compostos orgânicos voláteis (VOCs) em amostras de sedimento, indicaram concentrações destes compostos abaixo dos limites de quantificação, exceto DDE (5,30 g/kg) e HCB (2,34 g/kg), que foram detectados em apenas um ii sítio de amostragem. Não houve evidências de possíveis fontes de emissão próximas à região de referência para PCBs, OCPs, compostos fenólicos e VOCs. Finalizando, espera-se que os resultados obtidos neste estudo possam fornecer subsídios para futuramente estabelecer uma área de referência para qualidade de sedimento na região da Baixada Santista, ou ainda serem utilizados em conjunto com as avaliações de contaminantes inorgânicos, testes ecotoxicológicos e indicadores biológicos, como ferramenta para avaliação da qualidade de sedimento e/ou para a classificação de material a ser dragado na região da Baixada Santista.

Avaliação da contaminação microbiológica de drogas vegetais e potencial descontaminação por plasma

A qualidade, eficácia e segurança no emprego de drogas vegetais dependem, entre outras questões, de sua qualidade sanitária. Sua origem e manuseio, em condições no geral inadequadas, propiciam biocarga elevada e abrangente, o que implica riscos para saúde. O presente trabalho objetivou conhecimento da microbiota das plantas estudadas e o desenvolvimento de estudos de sua descontaminação por plasma, tendo-se analisado os parâmetros físicos que influenciaram este processo. O projeto possibilitou a descontaminação de drogas vegetais com alta carga microbiana. Estudou-se a alcachofra (Cynara scolymus L.), camomila (Chamomilla recutita (L.) Rauschert.), ginco (Ginkgo biloba L.) e guaraná (Paullinia cupana Kunth), adotando parâmetros de processo que alegadamente permitem a integridade dos princípios ativos termossensíveis. Para isso, foi empregado reator disponível no Laboratório de Sistemas Integráveis, pertecente à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, em sistema com acoplamento capacitivo modo RIE (Reactive Ion Etching). Neste sistema, trabalhou-se com oxigênio adicionado de peróxido de hidrogênio. Todos os processos de descontaminação foram desenvolvidos a temperatura ambiente, sob diferentes parâmetros físicos complementares. A eficácia do processo foi investigada, empregando-se contagem de microrganismos heterotróficos, assim como pesquisa de indicadores de patogênicos (Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella spp, Escherichia coli). As avaliações microbiológicas, quantitativas e qualitativas, assim como os estudos decorrentes dos dados obtidos, foram desenvolvidos no Laboratório de Controle Biológico da Faculdade de Ciências Farmacêuticas - USP. Os resultados obtidos após a descontaminação por plasma de oxigênio (100%), a potência de 150 W, evidenciaram redução de até 4 ciclos de aeróbicos totais. No processo por plasma peróxido de hidrogênio (20%) e oxigênio (80%), a uma potência de 150 W, observou-se a redução de até 4 ciclos log de aeróbios totais para as drogas vegetais deste estudo. A presença de substâncias químicas complexas da camomila, que contêm óleo volátil, flavonóides, aminoácidos, ácidos graxos, sais minerais, cumarinas, mucilagens e ácidos orgânicos, interferem no processo por plasma provavelmente em decorrência de a mucilagem formar um filme protetor, impedindo a difusão gasosa em ambos os processos por plasma. Assim, não só a camomila mas também o guaraná, com biocargas iniciais respectivamente de 6,6x106 UFC/g e 2,7x106 UFC/g, mantiveram-se com níveis de contaminação da mesma ordem de grandeza, após os desafios com plasma. A contagem bacteriana da alcachofra (fornecedor B), que foi submetida ao processo de descontaminação através do plasma O2 (100%), (potência de 150 W, pressão de 100 mTorr e vazão de 200 sccm), sofreu redução de dez vezes, independentemente do tempo do processo. Possivelmente este resultado, que aparenta inconsistência, decorre da ação apenas superficial do plasma. A descontaminação por processo de plasma de oxigênio e de peróxido de hidrogênio para a alcachofra (fornecedor B) não foi eficaz, devido à predominância de elementos lignificados. As amostras de alcachofra (fornecedor C), com baixa percentagem de vasos de xilema lignificados e fibras lignificadas evidenciaram a maior eficácia do processo por plasma, pois possibilitou grande difusão gasosa sobre as amostras. O estudo permitiu ainda concluir que à aplicabilidade do plasma na descontaminação de drogas vegetais depende da resistência dos microrganismos, mas igualmente das características da planta, sejam aquelas de natureza morfoanatômica, enzimática ou química. Estudos específicos devem ser desenvolvidos para cada situação.

Avaliação da contaminação conjunta de Dekkera bruxellensis e Lactobacillus fermentum sobre a fermentação alcoólica: efeito do substrato e formas de controle

As contaminações por leveduras selvagens e por bactérias no processo de produção de etanol combustível no Brasil causam prejuízos ao rendimento fermentativo e aumento de custos pelo uso de biocidas. No entanto, poucos estudos tem focado no efeito das contaminações conjuntas de leveduras selvagens e bactérias e as possíveis interações entre os micro-organismos, especialmente em função dos diferentes substratos de fermentação e das formas de controle. Este trabalho teve por objetivos verificar o efeito do substrato (caldo de cana e melaço) sobre o desenvolvimento das contaminações pela levedura da espécie Dekkera bruxellensis e pela bactéria Lactobacillus fermentum, em co-culturas com Saccharomyces cerevisiae (linhagem industrial PE-2) e possíveis formas de controle do crescimento dos contaminantes (pelo uso de metabissulfito de potássio e adição de etanol ao tratamento ácido) sem afetar a levedura do processo. Os testes foram realizados em condições de crescimento (substrato com 4 °Brix, culturas agitadas) e fermentação com reciclo celular (substrato com 16 °Brix, culturas estáticas). Houve interação entre as leveduras e a bactéria quando crescidas em caldo de cana 4 °Brix. A levedura industrial não foi afetada pela presença dos micro-organismos contaminantes, no entanto, para D. bruxellensis a presença de L. fermentum interferiu positivamente no crescimento, com aumento no número de UFC, e consequentemente inibição do crescimento da bactéria. Em melaço, houve um estímulo ao crescimento de L. fermentum quando em co-cultura com S. cerevisiae. Houve influência das contaminações sobre os parâmetros avaliados no experimento (pH, açúcar redutor total, etanol, glicerol e crescimento das células) e a contaminação conjunta de L. fermentum e D. bruxellensis potencializou o efeito das contaminações pelos micro-organismos isoladamente, tanto em caldo quanto em melaço. A adição de 13% de etanol à solução de ácido sulfúrico pH 2,0 no tratamento celular resultou em uma diminuição significativa no número de UFC de D. bruxellensis (entre 90-99%). A levedura PE-2 foi pouco afetada pelo tratamento proposto. A bactéria L. fermentum teve seu crescimento afetado em todas as combinações testadas. Como os experimentos foram feitos em co-culturas, verificouse que pode haver influência de um micro-organismo sobre a viabilidade do outro, dependendo da reação ao tratamento ácido-etanol. O metabissulfito de potássio (MBP), no intervalo entre 200-400 mg/L, foi eficaz para controlar o crescimento de D. bruxellensis dependendo do meio de cultura e linhagem. Quando adicionado (250 mg/L) à solução ácida (pH 2,0) no tratamento celular, um efeito significativo foi observado nas culturas mistas, pois ocorreu a inativação do SO2 pela S. cerevisiae e uma provável proteção das células de D. bruxellensis, não sendo essa levedura prejudicada pelo MBP. A resposta fisiológica de S. cerevisiae na presença de MBP pode explicar a diminuição significativa na produção de etanol. Quando o MBP foi adicionado ao meio de fermentação, resultou no controle da D. bruxellensis mas não em sua morte, com efeito menos intensivo sobre a eficiência fermentativa. Em cocultura com a adição de MBP, a eficiência fermentativa foi significativamente menor do que na ausência de MBP.