Aplicación de Tween 80 y D-Limoneno en la

[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.
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 DLimoneno 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.
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]
2
ISBN 978-607-8164-02-8
571
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
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 DLimoneno 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 DLimoneno 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
L
ambiental
que ocasionen otro problema posterior al
ocasionada por el petróleo y
ambiente (Rittmann y McCarty, 2001;
productos petroquímicos (mezclas
Madigan
a
contaminación
et
2003).
al,
biorremediación
como uno de los más graves problemas de
cuando se lleva a cabo de manera natural,
la actualidad, sobre todo cuando se asocia a
se
los derrames accidentales a gran escala
incrementarla.
(Plohl y Leskovsek, 2002). Además de este
alternativas tales como adición de inóculo,
impacto
la
el compostaje (estiércol o lodos activados),
contaminación con hidrocarburos genera
la adición de sustancias que mejoren la
impactos de tipo económico, social y de
biodisponibilidad de los compuestos a
salud pública en las zonas aledañas al lugar
biorremediar, o incluso el uso de plantas
afectado (Nadarajah et al, 2002). Por tal
(fitorremediación) son algunas de las
motivo, es necesario desarrollar tecnologías
estrategias que se han empleado.
ambiental
negativo,
propuesto
El
resultar
la
complejas de hidrocarburos) se reconoce
han
puede
Aunque
lenta,
opciones
uso
de
para
algunas
las cuales deben ser efectivas y que no
supongan un alto costo de instalación y
En este artículo se hace énfasis en una
operación. Por lo que se propone la
mezcla de un surfactante con un solvente,
biorremediación,
de
que ha dado buenos resultados de remoción
solucionar el problema se puede considerar
de hidrocarburos. Esta mezcla consiste de
como “amigable” al medioambiente, puesto
un surfactante no iónico, Tween 80, el cual
que no genera residuos intermedios (como
se
el caso de algunos tratamientos químicos)
biorremediación y de un solvente, el D-
la
cual
ISBN 978-607-8164-02-8
además
ha
aplicado
con
éxito
en
la
572
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Limoneno, el cual es un extracto de
Entre los tratamientos de biorremediación
cáscaras de naranja, que ha tenido éxito en
se pueden mencionar los siguientes:
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
a) la bioestimulación que consiste en
el incremento de las poblaciones
microbianas indígenas existentes en
el suelo, mediante adición de
nutrientes,
conjunto.
regulación
de
condiciones redox, cambio de pH, u
otras condiciones diversas sobre las
que se puede influir.
Tipos de técnicas de
biorremediación
La
biorremediación
b) la bioaugmentación o inoculación
de microorganismos capaces de
es
una
técnica
actuar
específicamente
innovadora que se ha desarrollado en las
determinados
dos últimas décadas, y ha sido aplicada con
contaminados.
éxito
en
el
tratamiento
contaminados
con
de
suelos
hidrocarburos,
en
ambientes
c) el bioventeo que consiste en el
suministro
de
aire,
con
bajas
caracterizándose por ser una técnica de bajo
velocidades de flujo, para satisfacer
costo de operación. Sin embargo, la
los requerimientos de oxígeno de
aplicación de este tipo de tecnología ha
los
encontrado cierta resistencia debido al
biodegradadores.
microorganismos
tiempo necesario para conseguir las metas
d) la biolabranza, que consiste en arar
de saneamiento deseadas (Cerniglia y
el suelo contaminado, con el fin de
Shuttleworth, 2002).
airear y homogenizar el suelo
contaminado
para
estimular
la
El uso de tecnologías de biorremediación
actividad microbiana, así como
para el tratamiento de sitios contaminados
mantener condiciones óptimas de
es una opción que presenta ventajas con
pH, la temperatura y aireación.
respecto a métodos físicos y químicos, tales
e) el compostaje que es un sistema
como: a) sencillas de implementar, b)
que utiliza a los microorganismos
efectivas y ambientalmente seguras c) los
para degradar contaminantes del
contaminantes se destruyen o transforman
suelo, generalmente se realiza en
d)
biopilas.
generalmente
no
se
requieren
tratamientos adicionales, e) son económicas
(80-150 USD/m3) (Bollag, 1992).
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f) la
aplicación
inmovilizadas
de
capaces
enzimas
de
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hidrocarburos
Héctor H. Riojas González, Pablo Gortáres Moroyoqui, Iram Mondaca Fernández y José de Jesús
Balderas Cortes
transformar o degradar algunos
entre ellos se pueden mencionar los alquil
contaminantes específicos.
benceno sulfonatos (detergentes), el lauril
g) la fitorremediación, que es un
sulfato (espumante) y las sales de ácidos
o
grasos (jabones). Otros forman un ion
éstas
positivo en agua y se denominan catiónicos,
tecnologías pueden ser aplicadas
como por ejemplo el cetil trimetil amonio,
tanto in situ como ex situ ya que los
un agente bactericida, hidrofobante y
suelos contaminados pueden ser
antiestático. Los que no se ionizan en agua
trasladados a espacios apropiados
se llaman no iónicos. Sus grupos polares
diferentes a donde se produce la
están formados por funciones éter, éster,
contaminación (Mishra, et al, 2001;
alcohol, cetona, ácido, amina ó amida.
Volké y Velasco, 2003).
Entre los más comunes se pueden citar los
proceso
que
microalgas.
utiliza
Muchas
plantas
de
alquil
fenol
etoxilados
(detergentes,
dispersantes) y los copolímeros de óxido de
Características de los
surfactantes y solventes
etileno y óxido de propileno (dispersantes)
Los surfactantes son sustancias químicas
La dualidad polar-apolar de las moléculas
cuya molécula presenta una parte polar y
de surfactantes, les confiere propiedades
una parte apolar (Raiger y López, 2009). La
muy particulares. Para satisfacer su doble
parte apolar es una cadena hidrocarbonada
afinidad, las moléculas de surfactantes se
lineal o ramificada, incluyendo a veces un
ubican en la interfase de tal forma que su
núcleo aromático, con un número de
grupo polar esté cubierto en agua y su
átomos de carbono variando en general
grupo apolar esté fuera del agua. Esta
entre 12 y 20. Como consecuencia, la
migración de las moléculas de surfactante
interacción entre polar-apolar implica que
en la interfase se llama adsorción. La
un surfactante obtenga un grupo apolar
adsorción puede deberse al grupo hidrófobo
netamente más grande que su grupo polar
señalado anteriormente, o a otros efectos
ionizado (carboxilato, sulfanato, sulfato,
como
etc.) de ahí proviene que al surfactante se
soluciones acuosas, los surfactantes forman
esquematice a menudo con una pequeña
estructuras esféricas organizadas llamadas
“cabeza” polar y una larga “cola” apolar
micelas, que por su naturaleza anfipática,
(Salager, 1987; Rojas y Bullon, 1995).
tienen
Algunos se denominan aniónicos por que
compuestos hidrofóbicos (Bhairi, 2001). El
forman un ion negativo en solución acuosa;
empleo de surfactantes se ha propuesto
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(Salager et al, 2007).
la
la
atracción
electroestática.
capacidad
de
En
solubilizar
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como una técnica para incrementar la
producen cambios físicos en la superficie
biodisponibilidad
de los líquidos, ocurriendo dichos cambios
de
contaminantes
como
en la interfase entre dos líquidos, o entre un
hidrocarburos totales de petróleo (HTP),
líquido y un gas o sólido. Debido a los
explosivos, clorofenoles, pesticidas, entre
cambios
otros, y así facilitar su biodegradación
superficies, los surfactantes se conocen
(Majer et al, 1999).
como agentes con actividad superficial. Las
orgánicos
hidrofóbicos
(HOCs)
que
ellos
producen
en
las
aplicaciones prácticas de los surfactantes
Los surfactantes pueden ser sintetizados
son debidas a su tendencia a ser absorbidos
químicamente
algunos
en la interfase entre la solución y la fase
microorganismos, en este último caso se les
líquida, sólida o gaseosa adyacentes. Todos
conoce
Estos
los surfactantes poseen la forma común de
compuestos incrementan la solubilidad de
un grupo soluble en agua (hidrofílico)
los HOCs a través de una fase micelar
adherido a una larga cadena hidrocarbonada
(hidrofílica/hidrofóbica), la cual propicia la
soluble en aceite (lipofílico).
o
como
bien
por
biosurfactantes.
desorción de los contaminantes del suelo
hacia la fase líquida, lográndose así un
Los
incremento en la biodisponibilidad de los
principalmente para solubilizar HOCs en
HOCs.
los
suelos mediante tratamientos de lavado in
contaminantes se lleva a cabo solamente
situ. Esta técnica implica la inyección de
cuando se forma la fase micelar, la cual se
solventes, los cuales, al igual que los
obtiene
del
surfactantes son capaces de incrementar la
surfactante es superior a la concentración
solubilidad de los contaminantes. Los
micelar critica (CMC), es decir, arriba de la
solventes empleados más comúnmente con
concentración
el
este fin, son los alcoholes (metanol, etanol
monómero del surfactante aún se mantiene
y propanol), los cuales tienen la propiedad
en solución (Ko et al, 2000). La CMC es
de ser miscibles en agua y en la fase
una
la
hidrofóbica de los contaminantes. Es decir,
temperatura y polaridad del medio, y
cuando se agregan grandes cantidades de
generalmente
alcohol a un suelo contaminado, crea una
La
solubilización
cuando
la
concentración
máxima
propiedad
su
de
a
muy
la
cual
sensible
valor
se
a
reporta
a
solventes
se
han
empleado
interfase entre el agua y el contaminante,
temperaturas entre 20 y 25°C.
incrementando de esta manera la movilidad
Los surfactantes facilitan o aumentan la
y la solubilidad de la fase no acuosa de los
emulsividad,
mojado,
HOCS. Además de los alcoholes, otros
distribución, adherencia, penetración y
compuestos usados para desorber HOCS
otras propiedades de las superficies de los
son el diclorometano, acetona, tolueno,
líquidos.
Ellos
dispersión,
son
compuestos
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que
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hidrocarburos
Héctor H. Riojas González, Pablo Gortáres Moroyoqui, Iram Mondaca Fernández y José de Jesús
Balderas Cortes
ciclohexano,
N,N-dimethilformamida
y
altas eficiencias degradadoras, si existen
factores que limiten su verdadero potencial,
etilacetato (Brinch et al, 2002).
uno de los principales factores es la
Aunque la aplicación de los solventes
biodisponibilidad del contaminante. En
comúnmente ha sido para incrementar la
otras palabras, si un compuesto no se
solubilidad de los HOCs, existen estudios
encuentra disponible para la célula, ésta no
que demuestran que su adición puede
lo podrá utilizar como sustrato; esto es lo
incrementar la degradación de algunos
que sucede con los hidrocarburos que son
contaminantes
hidrofóbica
altamente insolubles en agua o bien, pueden
(Birman y Alexander, 1996). Una de las
encontrarse unidos hidrofóbicamente con
claves del éxito de esta técnica es la
otros sustratos. Por las razones anteriores,
selección adecuada del solvente (Kueper et
actualmente en el campo de investigación
en
la
fase
deben
en biorremediación se han llevado a cabo
considerarse para su selección son: a)
esfuerzos en la búsqueda de nuevas técnicas
capacidad
que permitan aumentar la biodisponibilidad
al,
1997);
los
para
criterios
que
disolver
contaminante,
cantidades
adecuadas
del
b)
toxicidad
en
concentraciones
(ausencia
de
carcinogenicidad),
baja
de los contaminantes. Los surfactantes y
traza
solventes son compuestos que pueden
c)
emplearse con este fin (Majer et al, 1999).
fácilmente biodegradable, d) rutas de
degradación conocidas y e) costo unitario
El uso de surfactantes no iónicos, es una de
(Block, 2000).
las prácticas más comunes y efectivas
empleadas para la desorción de compuestos
orgánicos hidrofóbicos (HOCs) (Kotterman
Aplicación de los surfactantes
y solventes en la
biorremediación
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
Al hacer referencia a la biorremediación,
interacción surfactante-suelo y del tiempo
además de considerar las vías degradativas
de contacto surfactante-suelo (Guha
y la regulación de los microorganismos que
Jaffé, 1996).
y
llevan a cabo la detoxificación de los
contaminantes,
también
es
necesario
Sin embargo, la mejor eficiencia de
considerar otros factores que influyen en el
desorción no está siempre relacionada con
rendimiento de la biorremediación. Es
la mejor eficiencia de degradación, debido
decir, no es suficiente adicionar cepas con
principalmente a que el empleo de una alta
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concentración de surfactante puede inhibir
HTP de 63.8% sin surfactantes y del 90.9 %
la degradación. Laha y Luthy (1992) y
cuando se adicionó surfactantes (Tween
Stelmack et al, (1999) demostraron que el
80). Los autores lo atribuyen a que el
uso de surfactantes reduce la adhesión de
surfactante
las bacterias en la superficie hidrofóbica,
contacto
dando como resultado una baja actividad de
hidrofóbico insoluble y el aumento de la
biodegradación. Para solucionar este tipo de
biodisponibilidad tanto del agua como de
problema,
investigadores
las sustancias insolubles (Brinch et al,
recomiendan la utilización de surfactantes
2002; Van Gestel et al, 2003; Silva et al,
fácilmente biodegradables, como el Brij 30,
2009).
algunos
aumenta
del
agua
la
superficie
con
el
de
sustrato
Brij 35 y Tween 80 (Ghosh, 1997).
En el caso de la aplicación de solventes,
Abiola y Olenyk (1997) determinaron que
ésta ha sido básicamente empleada para
el uso de surfactantes favorece la remoción
incrementar la solubilidad de los HOCS
de HTP en un suelo contaminado con
(Catherine y Luthy, 1993). Sin embargo, se
20,000 mg/kg de suelo. Los sistemas
ha observado también que el empleo de
experimentales fueron biopilas estáticas
solventes mejora la biodegradación de los
alargadas con y sin surfactante. El grupo
contaminantes
observó que en las biopilas adicionadas de
(Birman y Alexander, 1996). El tolueno ha
surfactante,
sido uno de los solventes más empleados
se
biodegradación
lograba
de
una
mayor
hidrocarburos.
en
la
fase
hidrofóbica
De
con este fin, teniendo entre sus principales
acuerdo con Singh-Cameotra y Bollag
características que es un excelente solvente
(2003), los surfactantes son eficaces en
de
reducir la interfase del petróleo y también
(Fenistein et al, 1998). Sin embargo, este
pueden reducir la viscosidad del aceite.
tipo de compuesto resulta extremadamente
compuestos
polares
y
asfaltenos
tóxico, por lo que un punto crítico para el
En
los
tratamientos
asistidos
con
uso
del
tolueno
es
precisamente
la
surfactantes y sin ellos, presentan una
tolerancia de los microorganismos. Aunque
diferencia mayor en bajas concentraciones,
hay
lo cual ratifica la necesidad del suministro
tolueno, éstos no son inmunes a su efecto
de agentes de superficie esenciales para
tóxico y son sensibles a su presencia, sin
lograr una adecuada biodisponibilidad (Tsai
embargo, son capaces de recuperarse
et al, 2009). Del mismo modo, Helmy et al.
(Huertas et al, 1998).
(2009)
reportan
una
mejora
en
microorganismos
degradadores
de
la
biodegradación después de 105 días de
García et al, (2002) demostraron que la
tratamiento (concentración inicial 10,000
adición
mg/kg) con una eficiencia remoción de
intemperizados, tiene un efecto positivo en
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de
tolueno
en
suelos
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hidrocarburos
Héctor H. Riojas González, Pablo Gortáres Moroyoqui, Iram Mondaca Fernández y José de Jesús
Balderas Cortes
en la
(> 200°C). Los derivados etoxilados de los
biodegradación de estos compuestos. De
Spans se producen por la reacción del óxido
acuerdo con sus resultados, la adición de
de etileno con cualquier grupo hidroxilo
14,000
suelo,
libre del grupo éster del sorbitan. De forma
incrementó la velocidad degradación de los
alternativa, el sorbitol es primero etoxilado
HTP en un suelo contaminado con 292,000
y después esterificado.
la desorción de los HTP y
mg
de
tolueno/kg
de
mg de HTP/kg de suelo, hasta tres veces
con respecto a la velocidad observada para
El
Monooleato
de
sorbitán
etoxilado
un suelo sin tolueno. En 30 días de
conocido comercialmente como Tween 80
tratamiento se obtuvo 45% de degradación
es insoluble en agua, pero soluble en la
de HTP en el suelo tratado con tolueno.
mayoría de disolventes orgánicos y no se
ionizan en solución acuosa, por lo que no es
En estudios de biorremediación, de suelo
afectado por el agua dura; es decir, no
contaminado con diesel, llevados a cabo en
forma sales insolubles con iones calcio,
fermentación de medio sólido (columnas
magnesio, férrico, entre otros. También
tipo Raimbault), en la cual se agregaron
puede ser usado en soluciones ácidas
nutrientes, oxígeno y una mezcla al 50%
fuertes. Tiene baja toxicidad y en general,
(v/v) del surfactante no iónico Tween 80 y
baja fitotoxicidad (Hickey et al, 2007). Otra
D-Limoneno, se logró una eficiencia de
propiedad de este surfactante no iónico es
remoción de hasta el
78% de una
su actividad como emulsificador, formando
concentración inicial de diesel de 5,950
emulsiones estables. Forma menos espuma
mg/kg (Riojas et al, 2010).
que
los
surfactantes
aniónicos
y
es
considerado como agente espumante leve
ha moderado. Además de lo antes señalado,
el
Características del Tween 80
Tween
80
es
adecuado
para
la
biorremediación debido a que su CMC (12
Los
ésteres
grasos
del
sorbitan
g/L)
es
baja
con
respecto
a
otros
(generalmente denominados Spans, como
surfactantes. Esta baja CMC, permite la
marca
formación
comercial)
y
sus
derivados
de
micelas
a
bajas
etoxilados (generalmente conocidos como
concentraciones de surfactante. De acuerdo
tweens)
fueron
con los resultados presentados por Ghosh
inicialmente
por
comercializados
Atlas
en
USA
y
(1997), este surfactante puede ser adsorbido
comprados por ICI. Los ésteres del sorbitan
por
se producen por interacción del sorbitol con
microorganismos hasta en un 99.6%,
el
suelo
y
degradado
por
los
un ácido graso a una elevada temperatura
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durante los primeros 10 días de un
inflamación típico de 40 ºC y puede ser
tratamiento de biorremediación.
empleado como solvente cuando se aplica
en frío (Lif y Holmberg, 2006; Nguyen y
Sabatini, 2009).
Características del DLimoneno
Los aceites típicos como el D-Limoneno,
tolueno, benceno, tetraclorometano son
Mezcla de Tween 80 con DLimoneno para mejorar la
biorremediación
considerados y empleados como solventes,
una parte de las moléculas se inserta a los
En experimentos realizados, por este equipo
constituyentes de la película interfacial
de investigación, con la mezcla de un
mientras que el resto se distribuye entre las
surfactante no iónico como el Tween 80 y
fases acuosa y oleosa según su afinidad
el
relativa (Antón et al, 1992). Los terpenos
rendimiento en la remoción y desorción de
son
metabolitos
los hidrocarburos adheridos en la matriz del
secundarios de las plantas de los cuales, el
suelo, lo cual evidencia una sinergia que
limoneno está distribuido por lo menos en
potencia la biorremediación
una
gran
clase
de
D-Limoneno
origina
un
mayor
300 especies, por lo que se convierte en un
sustrato disponible a bajo costo para ser
En muchas aplicaciones industriales se han
usado en diversos procesos (Prieto et al,
realizado diversas mezclas de surfactantes
2007).
en vez de aplicaciones de surfactantes
individuales. En algunos casos este efecto
En el caso del D-Limoneno extraído de la
es involuntario ya que los surfactantes
cáscara de naranja, conocido también como
comerciales, ocasionalmente son mezclas
terpeno de naranja, es un líquido incoloro a
de materiales no homogéneos o con materia
ligeramente amarillo, con un olor cítrico
prima sin reaccionar. En otros casos se
característico
de
mezclan surfactantes puros con el propósito
moderada a lenta. En cuanto al costo, se
de mejorar las propiedades del producto
podría adquirir el D-Limoneno de los
(Rivas y Gutiérrez, 1999; Bravo et al, 2004;
desperdicios de la industria cítrica y con
Bergström y Eriksson, 2000; Gharibi et al,
esto reducir los costos para su obtención. Es
2002).
y
tiene
evaporación
de fácil biodegradación por ser obtenido de
fuentes naturales. Principalmente, es usado
En
como componente en formulaciones de
parámetros principales que influyen en el
agentes limpiadores, desengrasantes y como
alcance
agente dispersante. Tiene un punto de
biodisponibilidad (Bouwer et al, 1997). Los
ISBN 978-607-8164-02-8
la
biorremediación,
de
la
uno
biodegradación
de
es
los
su
579 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
son
ocasionando una ampliación del tamaño en
fácilmente biodisponibles debido a su baja
el núcleo y con un avance en la capacidad
solubilidad acuosa o su tendencia en
de separación del contaminante por las
adsorberse fuertemente al suelo (Billingsley
micelas y b) por la relación del HLB
et al, 2002; Thibault et al, 1996).
La
(Balance Lipofílico-Hidrofílico) y tensión
más
superficial donde el Tween 80 obtiene
degradación
valores superiores (comparado a con otros
biológica termine siendo lenta, además
surfactantes) y se aumenta con la ayuda del
parece
D-Limoneno.
contaminantes
hidrófobos
biodisponibilidad
es
importante
que
para
disminuir
envejecimiento
Rockne,
el
factor
la
con
del
2003).
no
el
suelo
La
tiempo
de
(Makkar
y
biodisponibilidad
En
otro
estudio
sobre
sinergias
de
limitada de un contaminante se presenta
surfactantes con solventes en la remoción
cuando
por
de hidrocarburos, llevado a cabo por Chu y
microorganismos está afectada por una
Kwan, (2002), se encontró que la adición de
barrera
acetona
su
tasa
de
degradación
físico-química
entre
el
al
surfactante
mejora
su
contaminante y los microorganismos. Al
rendimiento de remoción de un 15-25%. La
mezclarse
D-
adición de disolventes a una solución de
Limoneno, en la biorremediación, mejora el
surfactante permite un mejor rendimiento
rendimiento del surfactante, esto se puede
de lavado, esto debido a que
deberse a que el D-Limoneno puede ayudar
eficazmente
a la remoción, biodisponibilidad y actuar
contaminante hidrofóbico llevándolo a la
como un sustrato de crecimiento de los
fase acuosa de las partículas del suelo, con
microorganismos
de
esto los contaminantes son transferidos de
hidrocarburos, también se tienen reportes
la fase sólida hacia la fase líquida o bien
que el D-Limoneno ha sido de interés en
puede ser capturado por el núcleo micelar y
formulaciones de productos de limpieza en
en ambos casos se consideran validos para
superficie
remediación
el proceso de descontaminación. Además el
medioambiental y aplicaciones de biodiesel
propio disolvente puede ser solubilizado en
(Lif y Holmberg, 2006; Nguyen y Sabatini,
el núcleo, dando lugar a un disolvente
2009).
incorporado en la micela (Chu y Kwan,
el
surfactante
con
degradadores
dura,
el
a
la
disolución
ayuda
del
2003).
Esto se puede explicar probablemente por
dos razones: a) la posible sinergia que
La sinergia de la mezcla (Tween 80 con D-
pueda existir entre la molécula del D-
Limoneno) se puede atribuir también a que
Limoneno y la micela del surfactante
el surfactante utilizado (Tween 80) es una
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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.
ISBN 978-607-8164-02-8
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”,
CalbiochemNovabiochem 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.
581 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
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. 28312843.
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,
40dichlorobiphenyl
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, 728733.
Gharibi, H., S. M. Hashemianzadeh y B. M.
Razavizadeh (2002), “Determination of
interaction parameters of mixed surfactant
system using a Monte Carlo simulation
ISBN 978-607-8164-02-8
technique”, Colloids and Surfaces A:
Physicochem. Eng. Aspects, 196, pp. 31–38.
Ghosh, M.M. (1997), Kinetic considerations in
surfactant-enhanced bioavailability of soilbound 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 soilWater 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.
582
[Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011]
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 OilySludge-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.
ISBN 978-607-8164-02-8
Rivas, H. y X. Gutiérrez (1999), “Los
surfactantes: comportamiento y algunas de
sus aplicaciones en la industria petrolera”,
Acta Científica Venezolana, 50 (1), pp. 5465.
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
583 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
intemperizados
mediante
composteo”,
Instituto Nacional de Ecología. (INESEMARNAT), 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.cluin.org/PRODUCTS/AATDF/Toc.htm
ISBN 978-607-8164-02-8
584