Processos Biotecnológicos_biocidas

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Micro-organismos
 Seres microscópicos, individualmente invisíveis a olho nu.
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Principais grupos de micro-organismos
Grupo Organização celular
Vírus Não apresentam estrutura celular
Arqueas Célula procariótica
Bactérias Célula procariótica
Algas Célula Eucariótica
Protozoários Célula Eucariótica
Fungos Célula Eucariótica
3Estrutura da célula microbiana
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Esterilização
Esterilização 
Comercial
Desinfecção
Anti-sepsia
Degerminação
Sanitização
Tratamento de calor suficiente par matar 
os endosporos do Clostridium botulinum 
nos alimentos enlatados
Destruição dos patógenos vegetativos
Destruição dos patógenos vegetativos em 
tecidos “vivos”
Remoção dos micróbios de uma área 
limitada (local em torno de uma injeção)
Semelhante a desinfecção, porem usado 
rotineiramente na indústria de alimentos
Destruição de todas as formas de vidas 
microbiana
Controle Microbiano
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Métodos
Físicos:
 Temperatura;
 Filtração;
 Ressecamento;
 Pressão Osmótica;
 Radiação;
 Vibrações Sônicas
Químicos:
 Desinfetantes;
 Antissépticos;
 Esterilizantes;
 Conservantes Químicos.
6Métodos químicos
 São substâncias de origem natural ou sintéticas usadas para
eliminar ou inibir o crescimento de micro-organismos. A
resposta dos micro-organismos aos agentes químicos varia em
relação a fatores tais como pH, temperatura, presença de
matéria orgânica, fase de multiplicação e presença de outros
agentes químicos.
 Normalmente as bactérias Gram-negativas são mais 
resistentes do que as Gram-positivas.
7Métodos químicos
Químicos
Efeito microbicidaEfeito estático
8Desinfetantes
Compostos químicos que podem matar ou inibir o crescimento dos micro-
organismos, são usados em superfícies e objetos inanimados. Existem
métodos para avaliar a eficácia destes desinfetantes que são o coeficiente
fenólico e método da diluição e uso.
Coeficiente fenólico
É um processo clássico, cujo objetivo é realizar uma comparação da
atividade germicida de determinação desinfetante-teste com a atividade do
fenol em condições padronizadas.
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Coeficiente fenólico
CF = Maior diluição do desinfetante-teste 
que mata o micro-organismo em 10 min, 
mas não em 5min. / Maior diluição fenol 
que tem o mesmo efeito.
10Diluição de uso
Determina a concentração apropriada
do desinfetante e não compara com
nenhum desinfetante-padrão.
Diluição aceitável: morte dos micro-
organismos em pelo menos 59 de cada
60 cilindros testados, em 10 minutos.
11Tipos de desinfetantes
• Padrão de comparação;
• Raramente usado, qualidades 
irritantes;
• Ruptura da membrana plasmática, 
desnaturação proteínas.
Fenol e Compostos
• Bactericida e fungicida, inofensivo 
contra endosporos bacterianos;
• Desnaturação das proteínas e 
dissolução dos lipídeos;
• Quanto maior cadeia de carbono, 
maior ação bactericida.
Álcoois 
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Tipos de desinfetantes
• Forte agente oxidante (altamente reativo),
destruindo componentes vitais das células.
Bromo
• Um dos mais antigos e eficientes
antimicrobianos;
• Pouco solúvel em água, porem altamente 
solúvel em álcool etílico;
• Ex. de uso: iodo 2% com iodeto de sódio 2% 
diluído em álcool 70%.
Iodo
• Agente de desinfecção universal de águas;
• Oxidante que destroe substancias celulares 
vitais. Pode combinar-se diretamente com 
proteínas celulares, destruindo suas 
atividades biológicas.
Cloro e 
Compostos 
Clorados
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Tipos de desinfetantes
• Exercem ação antimicrobiana
oxidando os componentes celulares
dos micróbios tratados;
• O ácido peracético é um dos mais
efetivos esporicidas químicos
líquidos disponíveis, sendo
considerado um esterilizante.
Peroxigênios
(ozônio, peróxido 
de hidrogênio e 
ácido peracético 
Esterilizantes Químicos
São particularmente utilizados para esterilização de
materiais sensíveis ao calor: bolsas de sangue para
transfusão, seringas plásticas e equipamentos de
cateterização. Também são utilizados para esterilizar
ambientes fechados.
Óxido de etilenoΒ-propiolactona
Glutaraldeído Formaldeído
Peróxido de Hidrogênio / Ác. Perácetico –
baixa toxicidade
Óxido de etileno
 É líquido a temperaturas abaixo de 10,8°C, e torna-se gás
acima desta temperatura;
 É inflamável mesmo em baixas concentrações;
 A mistura de óxido de etileno + CO2 e freon evita a
combustão;
 Tem alto poder de penetração (pacotes, roupas, plásticos);
 Tem baixa velocidade de ação;
 A esterilização é por 3-4 horas, Temp. 50-60°C, umidade
relativa 40-60%, concentração do gás 500-600 mg/L,
embalagem apropriada, em equipamento próprio
 No mecanismo de ação o óxido inativa enzimas e proteínas.
 Cancerígeno.
É líquido em temperatura ambiente, com ponto de
ebulição 155°C;
Não é inflamável;
Causa bolhas em contato com a pele;
Não tem poder de penetração;
Velocidade de ação boa com os micro-organismos;
Cancerígeno.
Β-propiolactona
Glutaraldeído
É um líquido oleoso e incolor;
Solução a 2% (30 min) tem largo espectro de atividade
antimicrobiana;
Para esterilização: 2%/10 horas.
Potencial cancerígeno – Limite de exposição permitido 1
ppm/30min.
Muito utilizado para esterilizar instrumentos cirúrgicos;
 Inativam proteínas formando ligações cruzadas covalentes
com vários grupos funcionais destas.
Cancerígeno.
Formaldeído
Aldeído;
o gás de formaldeído é um excelente desinfetante;
Para esterilização o tempo mínimo é de 18 horas tanto
em sol. alcoólica a 8% como aquosa a 10%.
a solução aquosa a 37%, formalina é utilizada para
conservar amostras biológicas;
Potencial cancerígeno;
 Inativam proteínas e ácidos nucleicos.
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Métodos de esterilização Indicadores biológicos
Calor úmido Bacillus sterothermophilus
Calor seco Bacillus subtilis
Radiação Gama Bacillus pumilus
Óxido de etileno Bacillus subtilis
Filtração Pseudomonas diminuta
Indicadores biológicos usados em métodos de
esterilização
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Resistência aos
Diferentes métodos
21Conservantes Químicos
São adicionados aos alimentos para retardar a
deterioração;
São ácidos orgânicos simples ou sais de
ácidos orgânicos.
Ácido sórbico, sorbato de potássio, benzoato
de potássio, ácido cítrico, entre outros;
Nitrato e nitrito de sódio.
22Conservantes Químicos
Agente Mecanismo de ação Uso
Ácidos orgânicos: acético, lático, 
propiônico, benzoico sórbico e 
sais
pH ácido com inibição do 
cresc. microbiano
Preservação de cafés, bolos, 
queijos, sucos de frutas, 
geleias, molhos, margarinas.
Nitratos e nitritos Formam ácido nitroso e 
óxido nítrico, que são 
substâncias oxidantes.
Preservação de carnes 
curadas como presunto e 
bacon
Gás sulfeto, metabissulfito e 
SO2
Preservação de sucos vinhos 
e frutas secas.
BIOCIDAS
 São compostos (ou misturas de
compostos) capazes de matar os
micro-organismos, ou eliminar o
crescimento microbiológico.
 É o método mais comumente usado
para controle da biocorrosão.
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BIOCIDAS
 Alvos celulares
Existem diferentes alvos nos
quais os agentes químicos e
físicos podem atuar impedindo
o crescimento dos micro-
organismos ou eliminando-os
totalmente.
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Alvos celulares
 Parede celular
Protege os procariotos da lise
osmótica. Agentes antimicrobianos
que têm como alvo esta estrutura
levam â morte celular por lise
osmótica.
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Alvos celulares
 Membrana citoplasmática
É alvo de muitos agentes
antimicrobianos. Uma das suas
funções é o controle da passagem
de nutrientes para a célula e a
eliminação de substâncias tóxicas.
A estrutura danificada, leva ao
extravasamento do meio
intracelular.
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Alvos celulares
 Enzimas e Proteínas
Agentes que atuam nestas
moléculas tais como o calor e
alguns agentes químicos rompem as
pontes de hidrogênio, dissulfeto ou
covalentes, levando a desnaturação
da proteína ou enzima com perda de
suas funções celulares.
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Desnaturação da proteína
Alvos celulares
 DNA e RNA
Os ácidos nucleicos são a fonte da
informação celular. Danos nestas
moléculas decorrentesde agentes
físicos, como calor, radiações ou
agentes químicos levam a morte
celular por impedir a replicação
celular e a síntese de proteínas e
enzimas.
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Substâncias x Alvos celulares
Biofilmes
Estrutura complexa, constituída
por água, micro-organismos,
polímeros excretados e material
inorgânico.
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32Biofilmes
33Biofilmes
Controle do Biofilme
 Em sistemas industriais, os processos de controle devem incluir, como
primeira medida, o conhecimento e controle efetivo dos micro-
organismos presentes nos circuitos de água, para retardar a deposição
destes nas superfícies. Diante disto, as estratégias devem ser traçadas
no sentido de:
 Evitar ou retardar a formação de biofilmes;
 Remover total ou parcialmente os biofilmes estabelecidos.
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Agente Modo de ação
Sequestrante /
Quelante
Formação de complexos químicos com depósitos, de forma a mantê-
los em solução ou suspensão, inibindo ou mesmo reduzindo a precipitação
de componentes formadores de fouling.
Dispersante
Dispersão das células e de outras partículas coloidais de maneira a
que permaneçam em suspensão e não ocorra a sua deposição nas
superfícies.
Tensoativo/
Detergente
Redução da tensão superficial da água
Biocida
Eliminação dos micro-organismos; inviabilização da capacidade de
adesão dos micro-organismos às superfícies.
Bioestático
Inibição da reprodução dos micro-organismos; redução da atividade
dos micro-organismos (inibição metabólica).
Controle do Biofilme
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 ativo contra uma gama de microrganismos;
 toxicidade alta para os micro-organismos alvo, e baixa para as restantes formas de vida;
 biodegradável;
 não corrosivo;
 a eficiência do biocida não deve ser prejudicada pela presença de materiais orgânicos
e/ou inorgânicos no sistema;
 compatibilidade com outros aditivos;
 custo do tratamento;
 Segurança;
 estabilidade (pH e temperatura)
Seleção do Biocida
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 Oxidantes inorgânicos 
(cloro, bromo ozônio e peróxido de 
hidrogênio); 
 não-oxidantes e orgânicos 
(isotiazolinas, compostos de amônio 
quaternário, aldeídos - glutaraldeido
e a acroleina, THPS).
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BIOCIDAS
BIOCIDAS
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Biocidas Propriedades/concentrações usuais
Cloro
Efetivo contra bactérias e algas; oxidante; depende do 
pH; 0,1-0,2 ppm (contínuo).
Dioxido de cloro
Efetivo contra bactérias; menos efetivo sobre algas e 
fungos; oxidante; não depende do pH; 0,1-1,0 ppm. 
Bromo
Efetivo contra bactérias e algas; oxidante; amplo 
intervalo de pH; 0,05-0,1 ppm (contínuo).
Ozônio
Efetivo contra bactérias e biofilmes; oxidante; depende 
do pH; 0,2-0,5 ppm. 
Isotiazolinas
Efetivo contra bactérias algas e biofilmes; não-
oxidante; não depende do pH; 0,9-10,0 ppm.
Quats
Efetivo contra bactérias e algas; não-oxidante; tem 
ação tensoativa; 8,0-35,0 ppm.
Glutaraldeido
Efetivo contra bactérias, algas, fungos e biofilmes; 
não-oxidante; amplo intervalo de pH; 10,0-70,0 ppm.
THPS
Efetivo contra bactérias, algas, fungos; baixa 
toxicidade ambiental; ação especifica sobre as BRS; 
10,0-100,0 ppm (contínuo).
Cloro
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O cloro e seus compostos são os biocidas mais utilizados na maioria das
indústrias por mostrarem-se extremamente eficazes na redução da
contaminação;
 apresenta restrições como a geração de subprodutos tóxicos ao corpo
d’água e também ser um composto oxidante, provocando a incidência de
processos corrosivos nos sistemas industriais;
 apresenta vantagens como um custo de tratamento baixo e
compatibilidade com outros aditivos de tratamentos (dispersantes,
inibidores de corrosão entre outros).
Cloro - características principais
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MECANISMO DE AÇÃO: por meio da destruição das células, através da
oxidação de suas enzimas. Esta ação se deve ao seu pequeno tamanho
molecular que permite a penetração na célula intacta e a reação com a
enzima.
Quando o cloro se combina com água, há formação dos ácidos
hipocloroso e hipoclórico, porém, somente o primeiro apresenta ação
bactericida.
Cl2 + H2O ↔H
+ Cl- + HOCl↔H+ + OCl-
Espécie biocida
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 EMPREGO MAIS COMUM :
 1. NO CONTROLE DO CRESCIMENTO
DE ALGAS, CRUSTÁCEOS E
BACTÉRIAS NA ÁGUA DO MAR
BRUTA;
 2.TROCADORES DE CALOR;
 3.INJEÇÃO EM RESERVATÓRIOS.
Cloro
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Cloro - NaClO
 Tratamentos contínuos com cloro:
0,1 a 0,2ppm;
 tratamentos periódicos: 0,5 a 1,0
ppm.
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Cloração da água do mar
A efetividade da cloração depende:
matéria orgânica presente;
pH;
 temperatura.
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Sais quaternários de amônio (QUATS)
 Detergentes iônicos, derivados da amônia. Possuem quatro grupos
orgânicos ligados a um átomo de nitrogênio do íon amônio, NH4
+
 Considerados desinfetantes de baixa toxicidade;
São mais efetivos contra bac Gram-positivas;
Mecanismo: são tensoativos catiônicos e, como a superfície dos micro-
organismos está carregada negativamente, tendem a se adsorverem aos
micro-organismos e, com seu poder detergente, dissolverem os lipídios e
causarem perda de material celular vital.
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Sais quaternários de amônio (QUATS) - Vantagens
São tensoativos;
São excelentes detergentes;
Formam filmes e persistem após o tratamento;
Tem poder de penetrar no biofilme;
Melhoram o desempenho de outros biocidas (glutaraldeído e 
THPS).
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Sais quaternários de amônio (QUATS) - Restrições
 Tendem a formar espuma;
 São muito reativos, diminuindo sua ação inibitória; 
 São incompatíveis com agentes oxidantes fortes como o cloro, 
peróxidos, cromatos, percloratos e permanganato;
 Podem desenvolver resistência das bactérias;
 Eficiência reduzida na presença de sabões, íons cálcio ou magnésio, 
detergentes aniônicos. 
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Glutaraldeído
Composto acíclico de cinco átomos de carbono, onde os carbonos 
terminais são grupos funcionais Aldeídos – (PENTANODIAL)
Mecanismo: seus grupos funcionais aldeídos são agentes alquilantes
que reagem com os constituintes básicos de proteínas (por ex.:, os
grupos –NH2, -OH, -COOH, e -SH) existentes na membrana, na parede
celular, e no citoplasma da célula, desta forma destruindo o organismo.
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Glutaraldeído – Vantagem
 O glutaraldeído é um biocida bastante eficiente,
especialmente na inibição de BRS sésseis, quando
conjugados a sais quaternários de amônio.
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Glutaraldeído – Restrições
 Aumenta a corrosividade dos fluidos;
 É incompatível com aminas livres, álcalis;
 É altamente tóxico;
 É degradado na presença de o2;
 Seu caráter corrosivo tende a ser potencializado na presença de o2 pois as carbonilas
adeídicas são convertidas à carboxilas, produzindo ácidos orgânicos que, além de
metabolizados pela brs, acidifica a solução aquosa e aumenta a corrosividade ao aço
carbono.
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Antraquinona (AQ)
É um agente bioestático ⇒ produto químico que interrompe um dos
caminhos da respiração microbiana sem matar o micro-organismo.
AQ ⇒ é um bioestático que interrompe o processo de transferência de
elétrons requerido pelas BRS para reduzir sulfato a sulfeto e, deste
modo, reduz a produção de H2S.
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Antraquinona (AQ) - Vantagens
Não-tóxica, insolúvel em água (< 70 μg/L);
 Inibe a respiração da BRS;
 Interrompe a transferência de elétrons na célula;
Não afeta outras bactérias;
Não mata a BRS;
As espécies iônicas solúveis formam partículas coloidais em meio aquoso
⇒ facilita sua penetração no biofilme e em depósitos
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Antraquinona (AQ) - Restrições
Sua ação específica sobre a BRS;
Apresentam alto custo;
Só inibem a atividade das bactérias enquanto houver residual de
produto no meio.
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THPS - Vantagens
 Apresenta efeito ambiental menos drástico do que as outras bases
ativas biocidas normalmente utilizadas no combate aos micro-
organismos causadores da CIM.
 Totalmente solúvel em água;
 Efetivo em relação às BRS;
 Prontamente biodegradável. É oxidado a THPO (óxido de
trihidroximetilfosfina), que tem baixa toxicidade aquática..
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THPS - Restrições
Ser corrosivo ao aço (pH = 3,0);
Formar espuma;
Ser incompatível com outros produtos químicos (seq. deO2, inibidor de
corrosão, etc);
Ser desativado em meios aerados;
Pode formar incrustações de sulfato se dosado em altas concentrações.
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Biodispersante
Um efetivo biodispersante deve dispersar as populações microbianas
em suspensão, tornando-as mais sujeitas à ação dos biocidas;
 devem apresentar a capacidade de fragilizar as interações da matriz
polimérica e as interações entre o biofilme e o material de suporte;
 devem ajudar na penetração dos biocidas nos depósitos orgânicos,
facilitando a sua remoção pela turbulência da água circulante.
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Biodispersante
biopolímero comercial obtido por fermentação através da bactéria
Xanthomonas campestris pv. campestris. O seu êxito no mercado deve-se
às suas características reológicas e de estabilidade.
A xantana é um ótimo agente de suspensão, estabilizante, espessante e
emulsificante, sendo largamente utilizada como tal em diversos tipos de
indústrias, têxtil, cerâmica, agrícola, alimentos, cosmético-farmacêutico,
petrolífera, entre outras.
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Eficiência do Biocida
velocidade de escoamento do liquido;
 concentração efetiva e o tempo de contato;
 temperatura,
 pH;
 tipo de micro-organismos presentes, idade e qualidade do biofilme
(denso e compacto ou aberto e pouco coeso);
 presença de matéria orgânica (que não os micro-organismos) e/ou
inorgânicos em suspensão;
 interferência com outros substâncias dissolvidas.
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