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Type: TESE DIGITAL
Title: Análise da associação de agentes antimicrobianos a biopolímeros para o controle de biofilmes em ambientes susceptíveis ao desenvolvimento de contaminantes oriundos de água
Title Alternative: Analysis of antimicrobial agents in association with biopolymers for biofilm control on susceptible environments to waterborne contaminants
Author: Capelletti, Raquel Vannucci, 1978-
Advisor: Moraes, Maria Ângela, 1966-
Moraes, Ângela Maria, 1966-
Abstract: Resumo: Biofilmes microbianos são frequentemente formados por contaminantes remanescentes ou resistentes a procedimentos de limpeza e sanitização, estando presentes em variados locais, desde indústrias a hospitais. A água é o principal estímulo para o desenvolvimento microbiano, e seu fluxo tem papel importante na disseminação de contaminantes. Biocidas são comumente utilizados para o controle microbiano, porém podem gerar culturas resistentes e causar corrosão em tubulações, requerendo frequente reposição para manter sua atividade. Este estudo teve por objetivo avaliar o uso de biocidas de diferentes categorias associados a membranas de biopolímeros como estratégia alternativa de prevenção e controle de contaminação em sistemas envolvendo fluxo de água, visando minimizar o uso de produtos agressivos, especialmente em ambientes susceptíveis com alta circulação de pessoal. Foram utilizados os polissacarídeos quitosana e alginato para a constituição das membranas, ambos de origem biológica e de baixa toxicidade a mamíferos. Culturas microbianas típicas, bem como as isoladas da tubulação, de torneiras, de chuveiros, e do ar de ambientes industriais, foram expostas, nas formas suspensa em água, em biofilmes e em cultura pura e mista, aos agentes antimicrobianos selecionados, associados ou não aos biopolímeros. Observou-se que a eficácia de uso das membranas depende da sua composição e da diversidade microbiana contaminante. A quitosana com menor grau de desacetilação (85%) mostrou-se mais efetiva, de modo geral, que a de 98%. Em pH 4,0 a formulação de quitosana apresentou maior atuação contra bactérias. Em pH 7,0 a atividade foi mais pronunciada contra fungos. A quitosana com 85% de desacetilação em pH 7,0 apresentou melhor atividade sobre microrganismos planctônicos, especialmente contra a bactéria Gram-positiva S. aureus, enquanto o alginato mostrou melhor desempenho na erradicação de biofilmes de culturas puras. Em biofilmes mistos ambos os polissacarídeos se mostraram promissores. O aumento da concentração dos biopolímeros de 1 para 2% não proporcionou aumento da eficácia. As membranas contendo apenas quitosana ou alginato apresentaram-se pouco efetivas contra os contaminantes testados, sendo a membrana formada por quitosana de melhor desempenho, mas ainda pouco atuante contra bactérias Gram-negativas e fungos. A incorporação de biocidas nesta membrana favoreceu a ampliação do seu espectro de atuação para todas as formulações, mesmo sob lixiviação. Mesmo não tendo sido possível adequar a formulação para a incorporação de todos os biocidas selecionados (classe dos desinfetantes), obteve-se alternativas promissoras, tais como a membrana contendo o biocida à base de n-octilisotiazolinona, que se mostrou majoritariamente efetiva contra fungos, em especial a versão encapsulada para exposição à lixiviação, enquanto que a formulação contendo nitrato de prata a 1,5% com benzisotiazolinona a 9%, contra bactérias. De modo global, a minimização apropriada do uso de biocidas pôde ser demonstrada, embora seja ainda dependente da diversidade na microbiota avaliada. Células em suspensão ou em biofilmes possuem diferentes mecanismos de desenvolvimento e ambos devem ser avaliados para que se possa delinear tratamentos mais efetivos, sendo a proposição de um conjunto de recomendações preventivas e de monitoramento que reflita cuidados com o segmento industrial e que dê diretrizes a outros ambientes susceptíveis considerada de alta relevância para atingir este propósito

Abstract: Microbial biofilms are often formed by contaminants remaining or resistant to cleaning and sanitizing procedures. They may be present in various sites, from industries to hospitals. Water is the main stimulus for the development of microorganisms, and its flux plays an important role in the spread of contaminants. Biocides are products frequently used for microbial control, but they can generate resistant strains, corrosion in pipes and require frequent replenishing to maintain their activity. This study aimed to evaluate different categories of biocides associated to biopolymers in the form of membranes as prevention and control strategies of contaminants present in water systems, as an alternative to minimize the use of aggressive products in areas of high traffic of people. Chitosan and alginate were used for the production of the membranes, being both compounds of biological origin not toxic to animals. Typical microbial cultures used in laboratorial tests as well as microorganism isolated from pipes, faucets, showers, and air from industrial environments were exposed, both as cell suspension and as biofilms, in pure and mixed culture, to selected antimicrobial agents, associated or not to the biopolymer membranes. The results showed that the efficiency of the use of the membranes depends on its composition and contaminant microbial diversity. The chitosan with lower degree of deacetylation (85%) was more effective in general than that of 98%. At pH 4.0, the formulation of chitosan showed higher activity against the group of bacteria. At pH 7.0, the activity was more pronounced against fungi. The 85% deacetylated chitosan at pH 7 showed better activity on planktonic microorganisms, especially against the Gram-positive bacteria S. aureus, while alginate performed better in eradicating biofilms resulting from pure cultures. In mixed biofilms both polysaccharides showed to be promising for the desired application. Increasing the concentration of both polymers from 1 to 2% did not improve the antimicrobial efficacy of the membranes. The membranes containing only chitosan and alginate showed not o be very effective against contaminants commonly found in industrial environment. The chitosan membrane performed better, and the incorporation of biocides to its formulation improved its activity, specially against Gram-negative bacteria and fungi, as well as against biofilms. Although it was not possible to have formulations able to incorporate all selected biocides (class of disinfectants), promising alternatives were attained, such as the membrane containing the biocide n-octylisothiazolinone, which showed to be mainly effective against fungi, in particular the encapsulated version, even in leaching conditions, whereas the formulation containing 1.5% silver nitrate and 9% benzylisothiazolinone was efficient against bacteria. In general, the safe minimization of the use of biocides could be demonstrated, although it is still dependent on the diversity in the microbiota evaluated. Cells in suspension or in biofilms have different development mechanisms and those mechanisms should be considered for the design of effective treatment strategies. Thus, a set of preventive recommendations and monitoring that reflects care for specific industrial sectors giving guidelines to other susceptible environments is fundamental for achieving this purpose
Subject: Agua - Contaminação
Quitosana
Indústria
Biofilme
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:FEQ - Dissertação e Tese

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