Análise da influência de variáveis meteorológicas e da hidrodinâmica sobre os padrões espaciais e temporais da qualidade da água e de florescimentos de cianobactérias e macrófitas em um reservatório urbano

Os reservatórios urbanos estão suscetíveis a uma variedade de interferências antropogênicas que acarretam grande variabilidade espacial e temporal. Contudo, possuem uma dinâmica própria na qual o hidroclima e micro e macro-eventos meteorológicos atuam sobre os processos físicos, químicos e biológicos resultando em respostas particulares de cada corpo de água. No presente estudo a existência de padrões espaciais e temporais na formação de florescimentos de algas, cianobactérias e macrófitas no reservatório Guarapiranga, São Paulo, SP, foi avaliada por meio de experimento de curta escala de tempo durante o evento da entrada de uma frente fria. Foram amostrados 64 pontos em todo o reservatório, e o estudo intensivo de florescimento algal e de cianobactérias em dois ciclos nictemerais, em um ponto selecionado no reservatório. Um modelo tridimensional de hidrodinâmica foi aplicado ao estudo compartimentalizado dos tempos de residência e imagens de satélite foram analisadas para determinação de padrões temporais e espaciais durante períodos de tempo mais amplos. Os resultados revelaram que os períodos mais favoráveis ao surgimento de florescimentos de cianobactérias são geralmente os meses mais quentes, de dezembro e janeiro, ou aqueles em que ocorrem estratificações mais fortes como no fim do inverno, em julho, e após as primeiras chuvas nos meses de setembro e outubro. Existem padrões espaciais recorrentes na formação dos florescimentos, controlados em grande parte pela ação do vento, que no reservatório Guarapiranga é predominantemente nas direções leste e sudeste empurrando os florescimentos na direção da foz dos tributários Embu Mirim e Embu Guaçu e ocasionalmente na direção da foz do rio Parelheiros. As simulações hidrodinâmicas evidenciam as forçantes que determinam os padrões observados e reforçam a importância de se discretizarem os tempos de residência de diferentes compartimentos do reservatório. As séries temporais amplas permitiram a determinação da qualidade da água em cada região e fornecem subsídios para o futuro manejo do reservatório. Como esse comportamento não se restringe ao reservatório Guarapiranga, o tipo de modelagem aqui utilizada pode ser útil para obter informações importantes no processo de planejamento e seleção de medidas para o gerenciamento de reservatórios urbanos tropicais polimíticos, em geral.

Influência da granulometria e taxas de filtração no tratamento de água utilizando dupla filtração

The contamination of water sources of public drinking by waste originated by anthropogenic activities has brought various risks to human health. Among the consequences of such activities can highlight the bloom of microalgae and cyanobacteria, which have the potential to produce toxins dangerous to humans, and the presence of humic substances that are generated by the decomposition of natural organic matter (NOM), such as vegetation. When found in water sources for public supply, present negative aspects conferring high color, odor and taste. The double filtration technology has good efficiency in water with the presence of cyanobacteria and different quality variations. Therefore, this study aimed to evaluate the behavior of the technique of double filtration with pre-oxidation for water purifiers the lagoon of Extremoz-RN, which currently has high concentrations of cyanobacteria. The research is summarized in four phases: the first phase turned to static tests in jarteste equipment in the laboratory and subsequent phases were tested in the Pilot Plant of Double Filtration. For the second and third stage filtration rates were tested filtration rates of 120 and 180 m3 / m2 .day for ascending boulders filters and 160 and 240 m3 / m2 .day in the filters in quick sand descendants. The last phase aimed to evaluate the double filtration with pre-oxidation. The results demonstrated that the system could produce double filtration in all trials of good quality water according to the Decree nº. 2914/11 of the Ministry of Health. The use of preoxidation favored the removal of microcystin and color at the end of the tests, reaching a percentage of color removal around 60%. The analysis of variance in the data, enabled prove that the filtration rates of 180 m3 / m2.d the gravel filter and 240 m3 /m2 .d in rapid filters, were the most significant for the removal of turbidity. The ascending filter of boulder 4 with particle size finer filter layer showed the best performance and the best means of turbidity and apparent color. The rapid filter downward 1 was more efficient in removing turbidity reaching removal about 100%

Composição do fitoplâncton e cianotoxinas em um reservatório utilizado para o abastecimento público: o efeito do tratamento de água convencional.

Florações de cianobactérias nocivas ocorrem frequentemente em reservatórios brasileiros, devido ao incremento de nutrientes pela eutrofização e pelas mudanças climáticas, como o aquecimento global. Estas florações alteram a qualidade dos corpos hídricos, produzindo compostos de gosto e odor e cianotoxinas, que representam um problema para as Estações de Tratamento de Água (ETAs). Estes compostos, quando dissolvidos na água dificultam os tratamentos convencionais. Além das cianobacérias, um dinoflagelado exótico tem ocorrido em águas doces brasileiras, incluindo reservatórios utilizados para o abastecimento público. Os reservatórios de Caxias do Sul (RS – Brasil) são gerenciados pelo Serviço Autônomo Municipal de Água e Esgoto (SAMAE) e apresentam um histórico de florações de cianobactérias nocivas, como Dolichospermum Bory de Saint-Vincent ex Bornet & Flahault e Microcystis (Kützing) ex Lemmermann, dentre outras. Além disso, desde 2012, tem ocorrido nestes reservatórios florações de Ceratium furcoides. Este organismo quando em extensas florações tem sido relacionado à perda da qualidade dos corpos hídricos. O reservatório Maestra foi construído entre os anos de 1965-1970 e abastece 22% da população de Caxias do Sul. Este reservatório fornece água para a ETA Celeste Gobatto, que utiliza o método convencional de tratamento da água. Este trabalho esta estruturado em três capítulos. O primeiro consiste de uma revisão bibliográfica de assuntos relavantes acerca do histórico do monitoramento da qualidade dos reservatórios no Brasil, da biologia de algas e cianobactérias, e as principais cianotixinas e acidentes devido à intoxicação no Brasil. Além disso, é feita uma breve revisão sobre o tratamento convencional da água, mostrando a importância de cada etapa para a remoção das impurezas, de acordo com os padrões de potabilidade da Portaria 2914. O segundo capítulo é manuscrito na forma de artigo científico intítulado “Composição de algas, cianobactérias e cianotoxinas no reservatório Maestra – Caxias do Sul, RS – Brasil”. Este estudo foi realizado entre janeiro de 2012 a abril de 2013. O terceiro capítulo consta de um manuscrito na forma de artigo científico, intitulado “Efeito do tratamento de água convencional na remoção de algas, cianobactérias e cianotoxinas em uma Estação de Tratamento de Água Convencional”. A eficiência de remoção foi avaliada em escala piloto, em uma Estação de Tratamento de Água de Caxias do Sul – RS a qual utiliza o método convencional de tratamento.

Avaliação transcricional de Glutationas -transferases em PEIXE-ZEBRA (Danio rerio) e alterações causadas pela exposição á Microcistina-LR

As Microcistinas são heptapeptídios cíclicos produzidos como metabólitos secundários por diferentes espécies de cianobactérias, sendo relevantes pelo seu potencial hepatotóxico. Peixes apresentam estratégias bioquímicas para detoxificar contaminantes ambientais, incluindo a ativação de enzimas de fase II de biotransformação, que incluem as isoformas de glutationa S-transferase (GST). As GST catalizam a conjugação de glutationa reduzida (GSH) com uma variedade de xenobióticos, incluindo as microcistinas. O presente estudo avaliou os níveis transcricionais de quinze isoformas de GST a fim de identificar isoformas possivelmente envolvidas na detoxificação de contaminantes ambientais como a microcistina-LR (MC-LR) em Danio rerio. A técnica de PCR em tempo real (RT-qPCR) foi utilizada para avaliação dos níveis transcricionais, permitindo análise das GST em diferentes órgãos, abundância e a ativação/repressão das isoformas de GST pela exposição à MC-LR. Foram avaliados os possíveis efeitos causados em brânquia e fígado após exposição por 24 hs às concentrações de 5 µg.L-1 e 50 µg.L-1 de MC-LR. Baseado nos scores de estabilidade para oito genes normalizadores, foram selecionados glicose-6-fosfato desidrogenase (g6pdh), β-actina1 e beta-2-microglobulina (b2m); b2m, alfa-tubulina 1 (tuba) e β- actin1; e tuba, b2m e g6pdh, para normalização dos níveis trancricionais de GST para distribuição órgão-específica, abundância e efeito da MC-LR em brânquia e fígado, respectivamente. A avaliação transcricional da distribuição órgão-específica revelou níveis significativos de gstal e gstk1.1 no fígado; gstp1 e gstp2 em brânquia; mgst3a, gstr1, gstm2, gstm33, gstp1, gstp2 e gstk1.1 no intestino; gstm2, gstm3 e gstal no olho e gstt1a e gsta2.1 no cérebro. Considerando os níveis de transcritos para um dado órgão, gstk1.1, gstal, gstp1 e gstt2 foram mais abundantes nos órgãos de detoxificação, tais como o fígado, brânquias e intestino, enquanto gstt1a e gsta2.1 foram mais abundantes no rim. Em brânquia, gsta2.1 e gstt1b foram reprimidas por 5 µg.L-1 de MC-LR e mgst1.1 foi reprimida em 50 µg.L-1 de MC-LR. No fígado, as isoformas gst2.2 e gstp2 foram reprimidas em ambas as concentrações, gstal foi reprimida em 5 µg.L-1, e gstt1a e gstk1.1 foram reprimidas em 50 µg.L-1 de MC-LR. As isoformas gstal, gstr1, gstp1, mgst3a, gstm1, gstm2 e gstm3 não foram alteradas pela exposição a MC-LR. Os resultados obtidos fornecem informações para a escolha de isoformas específicas de GST possivelmente envolvidas na detoxificação/toxicidade de MC-LR, a serem melhores caracterizadas ao nível protéico e também contribui para a escolha de genes normalizadores a serem utilizados em outros estudos da mesma natureza

Interação da cianotoxina microcistina e o nanomaterial de carbono fulereno (C60) em brânquias do peixe Cyprinus carpio (Teleostei: Cyprinidae) sob incidência de radiação UVA

A produção mundial de nanomateriais tem aumentado nos últimos anos, em função de suas variadas aplicações tecnológicas e, como consequência do seu crescente uso e demanda, poderão existir riscos ambientais sendo a água o ambiente onde muitas destas substâncias podem exercer efeitos deletérios. Um dos nanomaterias de carbono mais utilizados é o fulereno, um composto orgânico lipofílico que pode se comportar como carreador de moléculas tóxicas, potencializando a entrada de contaminantes ambientais em órgãos específicos, fenômeno conhecido como “cavalo de Troia”. As microcistinas (MC) são cianotoxinas produzidas por cianobactérias durante episódios de floração, afetando aos organismos aquáticos e ao ser humano. Diversos estudos demonstram que organismos expostos tanto às MCs quanto ao fulereno podem causar produção excessiva de espécies ativas de oxigênio e alterar os níveis de antioxidantes. Além disso, outro fator que pode vir a intensificar o potencial tóxico de ambos é a incidência de radiação UVA. Sendo assim, procurou-se avaliar os efeitos em parâmetros de estresse oxidativo da co-exposição ex vivo da cianotoxina microcistina-LR (MC-LR) e o nanomaterial de carbono fulereno em brânquias do peixe Cyprinus carpio sob incidência de radiação UVA. Os resultados mostraram que: (a) houve uma perda da capacidade antioxidante no tratamento com MC-LR (baixa concentração) quando coexposta com fulereno no UVA em relação com o tratamento realizado sem co-exposição com fulereno; (b) o fulereno no UV diminuiu a atividade da enzima glutationa-Stransferase (GST) quando comparado com o controle no UV; (c) a MC-LR (alta concentração) co-exposta com fulereno foi capaz de diminuir as concentrações do antioxidante glutationa (GSH) quando comparado com o mesmo tratamento tanto no UVA quanto no escuro sem a co-exposição ao fulereno; (d) o tratamento MC-LR (baixa concentração) com UVA aumentou o dano oxidativo lipídico quando comparado com o controle UVA; (e) o fulereno não causou uma maior bioacumulação da microcistina no tecido. Sendo assim, pode-se concluir que o fulereno não apresentou o potencial de carregador de moléculas nessas concentrações de microcistina, porém, a co-exposição dos compostos diminuem tanto capacidade antioxidante total, como a concentração da GSH, podendo gerar problemas a longo prazo na detoxificação da toxina.

Avaliação de métodos de deteção de genótipos de cianobactérias produtoras de cianotoxinas em amostras ambientais

Dissertação de Mestrado, Biologia Molecular e Microbiana, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2016

Toxicidade e bioacumulação de cobre em micro-organismos fotoautotróficos

Microalgas e cianobactérias têm sido amplamente recomendadas para biomonitoração de metais pesados e outros poluentes, sendo considerados indicadores sensíveis às alterações ambientais e utilizados como organismos testes na regulamentação dos níveis de metal. Estes micro-organismos fotossintetizantes são produtores primários da base da cadeia alimentar aquática e são os primeiros a serem afetados pela poluição por metais pesados. O cobre é um metal normalmente considerado como nutriente essencial para a vida aquática mas pode ser tóxico para algumas espécies. Portanto, neste estudo foram avaliados o efeito tóxico e a bioacumulação de cobre (II) em quatro espécies de micro-organismos fotoautotróficos componentes do fitoplâncton dulcícola, duas cianobactérias filamentosas (Anabaena sp. e Oscillatoria sp) e duas microalgas da classe das clorofíceas (Monorraphidium sp. e Scenedesmus sp.). O meio de cultivo utilizado nos ensaios foi o ASM-1 com e sem a presença de cobre (0,6 mg/L a 12 mg Cu2+/L) onde, o efeito tóxico do metal foi monitorado por contagem celular para as microalgas e por peso seco para as cianobactérias. A bioacumulação do metal foi avaliada da mesma forma para todos os micro-organismos, através de coletas de amostras no decorrer do experimento e determinação da concentração de cobre em solução por espectrometria de absorção atômica com chama. Os resultados obtidos mostram que o efeito tóxico do metal é diretamente proporcional à concentração inicial para os micro-organismos estudados, mas que o cobre (II) foi mais tóxico para as cianobactérias que para as microalgas verdes. A bioacumulação teve uma relação direta com o efeito tóxico do metal sobre os micro-organismos. Os resultados obtidos permitem sugerir que cobre (II) tem efeito negativo no fitoplâncton, inibindo o crescimento e alterando parâmetros metabólicos como a fotossíntese. A bioacumulação do metal pode comprometer os níveis tróficos da cadeia alimentar, afetando seu transporte para seres superiores

Simulação biofisicoquímica em reservatório tropical polimítico

O reservatório do Lobo, localizado no estado de São Paulo, é um sistema dinâmico no qual se desenvolve um ciclo diurno de estratificação e mistura, de modo similar ao que tem sido observado em outros lagos tropicais. Utilizou-se simulação 3D computacional com os softwares ELCOM (Estuary and Lake Computer Model) acoplado ao CAEDYM (Computacional Aquatic Ecosystem Dynamics Model), ambos desenvolvidos pelo CWR (Center for Water Research) da Universidade da Austrália. Foram realizadas cinco simulações: Piloto Primavera baseada em dados reais da estação no ano primavera no reservatório para o ano de 2007; Primavera-P em que as concentrações de fósforo total, fosfato inorgânico e fosfato total dissolvido foram aumentadas em 100% no reservatório (coluna de água e sedimento) e nos rios tributários; Primavera-V na qual a intensidade dos ventos foi aumentada em 50%; Primavera-T onde a temperatura da água (reservatório e tributários) e do ar foram aumentadas em 10C e, Primavera-X, onde a temperatura da água (reservatório e tributários) e do ar sofreu aumento em 10C, as concentrações de fósforo total, fosfato inorgânico e fosfato total dissolvido foram aumentadas em 100% e a velocidade do vento aumentada em 50%. A concentração de clorofila a foi representada pelos grupos cianobactérias e clorofíceas. O espaço de tempo das simulações representou 90 dias. As clorofíceas apresentaram maior desenvolvimento populacional do que as cianobactérias em todas as simulações. No reservatório, a mistura vertical é ocasionada diariamente pelo vento ou por processos convectivos causados pela perda de calor no corpo de água. A oxigenação do reservatório é maior com a ocorrência de ventos e de grupos fotossintéticos. As concentrações totais de fósforo e nitrogênio apresentaram aumento em todas as simulações.

Avaliação dos efeitos da disponibilidade de luz sobre o crescimento e competição entre cepas de Planktothrix agardhii e Microcystis aeruginosa

As cianobactérias Microcystis aeruginosa e Planktothrix agardhii são espécies formadoras de florações comuns em ecossistemas aquáticos eutrofizados. Nestes ambientes, a disponibilidade de luz é um dos fatores determinantes para o desenvolvimento e estruturação da comunidade fitoplanctônica. O presente estudo teve como objetivo investigar o efeito da luz na fisiologia de cepas de cianobactérias (M. aeruginosa e P. agardhii), avaliando o crescimento, a variabilidade inter e intra-específica e a competição por luz. Para tanto foram realizados cultivos estanques em diferentes intensidades luminosas (10, 40, 60, 100 e 500 mol m-2 s-1) e calculadas as taxas de crescimento e os rendimentos máximos das culturas. O requerimento mínimo de luz de cada cepa foi determinado em experimentos com monoculturas em sistemas de cultivo contínuo (quimiostatos) sob condições de limitação de luz. A competição por luz foi avaliada através de experimentos com biculturas em quimiostatos. Foi observada variabilidade intra e inter-específica das cepas, nas diferentes intensidades luminosas testadas. Em 500 μmol m-2 s-1, as cepas de M. aeruginosa obtiveram maior biomassa do que P. agardhii, corroborando a maior sensibilidade de P. agardhii luz. Embora com rendimento máximo menor, P. agardhii cresceu em intensidades luminosas consideradas elevadas para a espécie, 100 e 500 μmol m-2 s-1. Estes resultados evidenciam a capacidade de P. agardhii ocorrer em ambientes com grandes amplitudes de luminosidade. Na intensidade de 10 μmol m-2 s-1, M. aeruginosa e P. agardhii apresentaram crescimento semelhante, demonstrando a habilidade das duas espécies em crescer com pouca luz. Nas monoculturas em quimiostato, sob condições de limitação de luz, as cepas de M. aeruginosa atingiram maior biomassa durante o equilíbrio (steady-state) do que P. agadhii, refletindo uma capacidade suporte mais elevada, enquanto que os valores de requerimento mínimo de luz foram semelhantes entre as duas espécies. Ao competirem, M. aeruginosa superou P. agardhii imediatamente após o início do experimento. Esse rápido crescimento resultou na dominância de M. aeruginosa em todos os pares de cepas testados e, em dois casos, ocorreu exclusão competitiva de P. agardhii. Quando não ocorreu exclusão, P. agardhii conseguiu manter-se no sistema com uma baixa biomassa (ca.15%). Estes resultados ajudam a entender a co-ocorrência destas espécies no ambiente e a dominância de M. aeruginosa mesmo em condições de baixa luminosidade.

Abordagem de grupos funcionais no estudo da dinâmica fitoplanctônica da Lagoa de Marapendi, Complexo Lagunar de Jacarepaguá, RJ

A Lagoa de Marapendi é uma lagoa eutrófica do complexo lagunar de Jacarepaguá, Rio de Janeiro. Como conseqüência ao constante e acelerado processo de eutrofização vigente, houve uma mudança na estrutura de sua comunidade fitoplanctônica, o que pode ter um importante significado para diversos componentes do ecossistema, além de inviabilizar diversos usos. Este estudo visou reconhecer os padrões espaciais e temporais do fitoplâncton, identificando os fatores controladores e direcionadores da comunidade, através da comparação entre as abordagens dos grupos taxonômicos e dos grupos funcionais. Foram coletadas amostras mensais em 4 pontos ao longo da lagoa no decorrer do ano de 2008. A análise florística revelou a presença de 45 táxons pertencentes às classes Cyanophyceae, Cryptophyceae, Chlorophyceae, Bacillariophyceae e Dinophyceae. Estes foram alocados em 10 grupos funcionais (GF) sensu Reynolds (H1, K, M, S1, X1, X2, J, C, MP e Y) e em 6 grupos funcionais baseados na morfologia (MBFG). Os dados de biomassa para todas as abordagens testadas foram comparados, juntamente com as variáveis abióticas, através de análises multivariadas de redundância (RDA). A abordagem de GF mostrou ser mais rica em detalhes, evidenciando diferentes estratégias adaptativas de grupos ecológicos de cianobactérias. Contudo, para ambientes eutróficos, rasos e com poucas espécies, tal qual a Lagoa de Marapendi, a utilização da abordagem de MBFG mostra ser mais adequada devido à sua simplicidade de utilização, aliada à boa capacidade de explicação da dinâmica fitoplanctônica.

Caracterização do estado trófico e da qualidade da água de um sistema lagunar costeiro urbano: estudo de caso da Lagoa Rodrigo de Freitas, RJ.

O estudo da dinâmica dos parâmetros físicos, químicos e biológicos da água em lagoas costeiras é essencial para entender o funcionamento destes ecossistemas; o que por sua vez permite o desenvolvimento de estratégias adequadas de gerenciamento e conservação de seus recursos. Neste estudo, analisou-se a qualidade da água da Lagoa Rodrigo de Freitas (Rio de Janeiro/RJ) e dos seus principais tributários. Foram utilizados os dados oriundos do projeto de monitoramento da qualidade da água realizado pela SMAC/RJ, entre dezembro de 2011 e dezembro de 2012. O objetivo precípuo foi compreender a dinâmica espacial e temporal da variação do estado trófico e da qualidade da água, assim como avaliar a exequibilidade e aplicabilidade de índices multimétricos (IQA, IET, ICE, IC, TRIX) ao projeto de monitoramento ambiental da LRF. Para tanto, foram realizadas coletas mensais e semanais da água superficial em cinco pontos amostrais, na LRF, e cinco pontos nos rios/canais. Em seguida, análises físico-químicas e biológicas foram realizadas. Os resultados obtidos mostraram relativa homogeneidade espacial e elevada variação sazonal da qualidade da água superficial. Os índices aplicados aos dados indicaram uma variação temporal representativa do estado trófico e da qualidade da água, sendo as classificações para os rios e canais diferentes às verificadas na LRF. Esta apresentou variação entre supereutrófica e hipereutrófica, já os primeiros foram mesotróficos. A qualidade da água da LRF apresentou majoritariamente entre moderada a boa. Os rios e canais foram classificados ruins e médios. Concluiu-se que diferentes modelos podem resultar em diferentes classificações de níveis de trofia e qualidade da água. Análises estatísticas de tendência indicaram estabilidade da qualidade da água, sem uma projeção representativa de melhoria da qualidade hídrica. Já análises multivariadas (RDA, PCA BEST, SIMPER, ANOSIM, MDS e CLUSTER) mostraram um elevado dinamismo da comunidade fitoplanctônica com nítida resposta às oscilações de variáveis físico-químicas específicas, apesar da dominância recorrente por cianobactérias.

O Fitoplâncton e a dialética da balneabilidade de praias: um estudo de caso na Praia de Itacoatiara, Niterói, RJ.

A praia de Itacoatiara, área de proteção ambiental, localizada no município no Niterói- RJ, tem importante contribuição para o turismo ecológico da região. Busca a certificação ambiental do programa Bandeira Azul e este trabalho buscou cumprir determinação de monitoramento ambiental como um dos critérios do programa. O objetivo foi avaliar a proliferação de microalgas marinhas como sensor da qualidade da balneabilidade diagnosticada através de um bioindicador, o fitoplâncton. As coletas foram realizadas em dois pontos nos meses de novembro de 2008 e de janeiro a março de 2009. Foram encontradas 52 unidades taxonômicas, sendo que 33 pertencem às diatomáceas (Bacillariophyceae), 15 dinoflagelados (Dinophyceae), 1 às cianobactéria (Cyanophyceae), 1 euglenofícea (Euglenophyceae), 1 crisofícea (Chrysophyceae) e 1 prasinofícea (Prasinophyceae) e fitoflagelados. A metodologia seguida foi de sedimentação em cubetas e analisadas em microscópio invertido. A praia de Itacoatiara está caracterizada por sofrer influência de ambientes adjacentes com massas dágua comprometidas promovendo proliferações algais monoespecíficas com densidades consideradas de Bloom. As espécies dominantes foram Tetraselmis sp (Prasinophyceae) considerada potencialmente nociva por apresentar contaminação visual e as Cianobactérias que podem produzir toxinas. Os parâmetros vento, ondulação e maré foram apontadas como os principais carreadores das massas dágua comprometidas até a região estudada. Por cumprir o objetivo geral, conclui-se que o fitoplâncton marinho pode ser utilizado como parâmetro para a caracterização e qualidade da balneabilidade de praias.

Analysis of the organic matter associated to sea salt : definition of potential molecular markers based on the volatile composition and presence of glycosidic derivatives and polysaccharides

Sea salt is a natural product obtained from the evaporation of seawater in saltpans due to the combined effect of wind and sunlight. Nowadays, there is a growing interest for protection and re-valorisation of saltpans intrinsically associated to the quality of sea salt that can be evaluated by its physico-chemical properties. These man-made systems can be located in different geographical areas presenting different environmental surroundings. During the crystallization process, organic compounds coming from these surroundings can be incorporated into sea salt crystals, influencing their final composition. The organic matter associated to sea salt arises from three main sources: algae, surrounding bacterial community, and anthropogenic activity. Based on the hypothesis that sea salt contains associated organic compounds that can be used as markers of the product, including saltpans surrounding environment, the aim of this PhD thesis was to identify these compounds. With this purpose, this work comprised: 1) a deep characterisation of the volatile composition of sea salt by headspace solid phase microextraction combined with comprehensive two-dimensional gas chromatography time-of-flight mass spectrometry (HS-SPME/GCGC–ToFMS) methodology, in search of potential sea salt volatile markers; 2) the development of a methodology to isolate the polymeric material potentially present in sea salt, in amounts that allow its characterisation in terms of polysaccharides and protein; and 3) to explore the possible presence of triacylglycerides. The high chromatographic resolution and sensitivity of GC×GC–ToFMS enabled the separation and identification of a higher number of volatile compounds from sea salt, about three folds, compared to unidimentional chromatography (GC–qMS). The chromatographic contour plots obtained revealed the complexity of marine salt volatile composition and confirmed the relevance of GC×GC–ToFMS for this type of analysis. The structured bidimentional chromatographic profile arising from 1D volatility and 2D polarity was demonstrated, allowing more reliable identifications. Results obtained for analysis of salt from two locations in Aveiro and harvested over three years suggest the loss of volatile compounds along the time of storage of the salt. From Atlantic Ocean salts of seven different geographical origins, all produced in 2007, it was possible to identify a sub-set of ten compounds present in all salts, namely 6-methyl-5-hepten-2-one, 2,2,6-trimethylcyclohexanone, isophorone, ketoisophorone, β-ionone-5,6-epoxide, dihydroactinidiolide, 6,10,14-trimethyl-2-pentadecanone, 3-hydroxy-2,4,4-trimethylpentyl 2-methylpropanoate, 2,4,4-trimethylpentane-1,3-diyl bis(2-methylpropanoate), and 2-ethyl-1-hexanol. These ten compounds were considered potential volatile markers of sea salt. Seven of these compounds are carotenoid-derived compounds, and the other three may result from the integration of compounds from anthropogenic activity as metabolites of marine organisms. The present PhD work also allowed the isolation and characterisation, for the first time, of polymeric material from sea salt, using 16 Atlantic Ocean salts. A dialysis-based methodology was developed to isolate the polymeric material from sea salt in amounts that allowed its characterisation. The median content of polymeric material isolated from the 16 salts was 144 mg per kg of salt, e.g. 0.014% (w/w). Mid-infrared spectroscopy and thermogravimetry revealed the main occurrence of sulfated polysaccharides, as well as the presence of protein in the polymeric material from sea salt. Sea salt polysaccharides were found to be rich in uronic acid residues (21 mol%), glucose (18), galactose (16), and fucose (13). Sulfate content represented a median of 45 mol%, being the median content of sulfated polysaccharides 461 mg/g of polymeric material, which accounted for 66 mg/kg of dry salt. Glycosidic linkage composition indicates that the main sugar residues that could carry one or more sulfate groups were identified as fucose and galactose. This fact allowed to infer that the polysaccharides from sea salt arise mainly from algae, due to their abundance and composition. The amino acid profile of the polymeric material from the 16 Atlantic Ocean salts showed as main residues, as medians, alanine (25 mol%), leucine (14), and valine (14), which are hydrophobic, being the median protein content 35 mg/g, i.e. 4,9 mg per kg of dry salt. Beside the occurrence of hydrophobic volatile compounds in sea salt, hydrophobic non-volatile compounds were also detected. Triacylglycerides were obtained from sea salt by soxhlet extraction with n-hexane. Fatty acid composition revealed palmitic acid as the major residue (43 mol%), followed by stearic (13), linolenic (13), oleic (12), and linoleic (9). Sea salt triacylglycerides median content was 1.5 mg per kg of dry salt. Both protein and triacylglycerides seem to arise from macro and microalgae, phytoplankton and cyanobacteria, due to their abundance and composition. Despite the variability resulting from saltpans surrounding environment, this PhD thesis allowed the identification of a sea salt characteristic organic compounds profile based on volatile compounds, polysaccharides, protein, and triacylglycerides.

Removal of cyanobacteria and cyanotoxins from drinking water by powdered activated carbon adsorption/ultrafiltration

Tese dout., Ciências e Tecnologias do Ambiente, Universidade do Algarve, 2009