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[Ide@s CONCYTEG                      Cómo citar: Riojas H. H., P. Gortáres, I. Mondaca y J. J. Balderas (2011),
6(71): Mayo, 2011]                   “Aplicación de Tween 80 y D-Limoneno en la biorremediación de suelo
ISSN: 2007-2716                      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 D-
Limoneno 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.
2
  Profesor/Investigador. Departamento de Biotecnología y Ciencias Alimentarias, Instituto Tecnológico
de Sonora. pablo.gortares@itson.edu.mx
3
  Profesor/Investigador. Departamento de Biotecnología y Ciencias Alimentarias, Instituto Tecnológico
de Sonora. imondaca@itson.mx
4
  Jefe del Departamento de Biotecnología y Ciencias Alimentarias, Instituto Tecnológico de Sonora;
ibald@itson.mx


     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 D-
Limoneno 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 D-
Limoneno 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
          a     contaminación        ambiental          que ocasionen otro problema posterior al

          ocasionada por el petróleo y                  ambiente (Rittmann y McCarty, 2001;

          productos petroquímicos (mezclas              Madigan       et   al,     2003).     Aunque         la

complejas de hidrocarburos) se reconoce                 biorremediación          puede     resultar     lenta,

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     han     propuesto          opciones         para

los derrames accidentales a gran escala                 incrementarla.      El      uso      de       algunas

(Plohl y Leskovsek, 2002). Además de este               alternativas tales como adición de inóculo,

impacto       ambiental       negativo,       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.

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,     la   cual    además     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    ha     aplicado      con      éxito     en     la

el caso de algunos tratamientos químicos)               biorremediación y de un solvente, el D-



     ISBN 978-607-8164-02-8                                                                                572
[Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011]


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,
                                                         a) la bioestimulación que consiste en
2009). Al momento de mezclarse estas dos
                                                             el incremento de las poblaciones
sustancias pueden obtener una sinergia, lo
                                                             microbianas indígenas existentes en
cual es muy adecuado porque con ello se
                                                             el suelo, mediante adición de
logra mejorar la biorremediación en su
                                                             nutrientes,           regulación            de
conjunto.
                                                             condiciones redox, cambio de pH, u
                                                             otras condiciones diversas sobre las
                                                             que se puede influir.
Tipos de técnicas de
                                                         b) la bioaugmentación o inoculación
biorremediación
                                                             de microorganismos capaces de
La      biorremediación      es    una      técnica          actuar        específicamente               en
innovadora que se ha desarrollado en las                     determinados                      ambientes
dos últimas décadas, y ha sido aplicada con                  contaminados.
éxito     en   el   tratamiento        de   suelos       c) el bioventeo que consiste en el
contaminados           con        hidrocarburos,             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                    microorganismos
encontrado cierta resistencia debido al                      biodegradadores.
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)      generalmente      no      se     requieren           biopilas.
tratamientos adicionales, e) son económicas              f) la        aplicación        de        enzimas
(80-150 USD/m3) (Bollag, 1992).                              inmovilizadas              capaces          de




     ISBN 978-607-8164-02-8                                                                             573 
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

        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
        proceso   que    utiliza   plantas   o     grasos (jabones). Otros forman un ion
        microalgas.     Muchas     de   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
                                                   alquil    fenol     etoxilados        (detergentes,
                                                   dispersantes) y los copolímeros de óxido de

Características de los                             etileno y óxido de propileno (dispersantes)
surfactantes y solventes                           (Salager et al, 2007).


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     la    atracción   electroestática.     En
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    la      capacidad      de     solubilizar
Algunos se denominan aniónicos por que             compuestos hidrofóbicos (Bhairi, 2001). El
forman un ion negativo en solución acuosa;         empleo de surfactantes se ha propuesto



     ISBN 978-607-8164-02-8                                                                       574
[Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011]


como una técnica para incrementar la                               producen cambios físicos en la superficie
biodisponibilidad             de          contaminantes            de los líquidos, ocurriendo dichos cambios
orgánicos     hidrofóbicos           (HOCs)              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    que      ellos   producen    en   las
otros, y así facilitar su biodegradación                           superficies, los surfactantes se conocen
(Majer et al, 1999).                                               como agentes con actividad superficial. Las
                                                                   aplicaciones prácticas de los surfactantes
Los surfactantes pueden ser sintetizados                           son debidas a su tendencia a ser absorbidos
químicamente         o        bien        por        algunos       en la interfase entre la solución y la fase
microorganismos, en este último caso se les                        líquida, sólida o gaseosa adyacentes. Todos
conoce      como         biosurfactantes.                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).
desorción de los contaminantes del suelo
hacia la fase líquida, lográndose así un                           Los     solventes      se     han      empleado
incremento en la biodisponibilidad de los                          principalmente para solubilizar HOCs en
HOCs.       La       solubilización                 de       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     cuando       la     concentración                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       máxima           a        la     cual     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     propiedad        muy         sensible            a    la   hidrofóbica de los contaminantes. Es decir,
temperatura y polaridad del medio, y                               cuando se agregan grandes cantidades de
generalmente     su       valor          se        reporta     a   alcohol a un suelo contaminado, crea una
temperaturas entre 20 y 25°C.                                      interfase entre el agua y el contaminante,
                                                                   incrementando de esta manera la movilidad
Los surfactantes facilitan o aumentan la                           y la solubilidad de la fase no acuosa de los
emulsividad,             dispersión,                 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       son       compuestos                que


      ISBN 978-607-8164-02-8                                                                                    575 
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

ciclohexano,        N,N-dimethilformamida             y    altas eficiencias degradadoras, si existen
etilacetato (Brinch et al, 2002).                          factores que limiten su verdadero potencial,
                                                           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        en     la   fase       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
al,   1997);     los       criterios        que    deben   en biorremediación se han llevado a cabo
considerarse para su selección son: a)                     esfuerzos en la búsqueda de nuevas técnicas
capacidad      para         disolver         cantidades    que permitan aumentar la biodisponibilidad
adecuadas      del     contaminante,          b)    baja   de los contaminantes. Los surfactantes y
toxicidad      en         concentraciones          traza   solventes son compuestos que pueden
(ausencia      de         carcinogenicidad),          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                             et al, 1998; Ghosh, 1997). La eficiencia de
y solventes en la                                          desorción de un surfactante depende de su
biorremediación                                            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
y la regulación de los microorganismos que                 Jaffé, 1996).
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



      ISBN 978-607-8164-02-8                                                                        576
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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     aumenta        la    superficie      de
las bacterias en la superficie hidrofóbica,               contacto      del   agua       con       el     sustrato
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,         algunos           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).
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       en    la    fase      hidrofóbica
observó que en las biopilas adicionadas de                (Birman y Alexander, 1996). El tolueno ha
surfactante,     se     lograba      una       mayor      sido uno de los solventes más empleados
biodegradación         de     hidrocarburos.        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    compuestos         polares     y        asfaltenos
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
                                                          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   microorganismos           degradadores         de
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    la
biodegradación después de 105 días de                     García et al, (2002) demostraron que la
tratamiento (concentración inicial 10,000                 adición       de     tolueno           en        suelos
mg/kg) con una eficiencia remoción de                     intemperizados, tiene un efecto positivo en


     ISBN 978-607-8164-02-8                                                                                   577 
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

la desorción de los HTP y                        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     mg       de     tolueno/kg      de     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.
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,

Características del Tween 80                               el     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      comercial)         y      sus   derivados       formación         de        micelas      a         bajas
etoxilados (generalmente conocidos como                    concentraciones de surfactante. De acuerdo
tweens)             fueron           comercializados       con los resultados presentados por Ghosh
inicialmente        por      Atlas    en    USA       y    (1997), este surfactante puede ser adsorbido
comprados por ICI. Los ésteres del sorbitan                por     el    suelo    y     degradado       por     los
se producen por interacción del sorbitol con               microorganismos hasta en un 99.6%,
un ácido graso a una elevada temperatura



      ISBN 978-607-8164-02-8                                                                                    578
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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 D-
Limoneno
                                                Mezcla de Tween 80 con D-
Los aceites típicos como el D-Limoneno,         Limoneno para mejorar la
tolueno, benceno, tetraclorometano son          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   D-Limoneno      origina    un    mayor
relativa (Antón et al, 1992). Los terpenos      rendimiento en la remoción y desorción de
son    una   gran    clase   de   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
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   y   tiene   evaporación   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).
de fácil biodegradación por ser obtenido de
fuentes naturales. Principalmente, es usado     En   la   biorremediación,     uno   de   los
como componente en formulaciones de             parámetros principales que influyen en el
agentes limpiadores, desengrasantes y como      alcance   de   la   biodegradación   es    su
agente dispersante. Tiene un punto de           biodisponibilidad (Bouwer et al, 1997). Los



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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

contaminantes              hidrófobos       no          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
biodisponibilidad           es      el    factor        más   superficial donde el Tween 80 obtiene
importante      para        que      la   degradación         valores superiores (comparado a con otros
biológica termine siendo lenta, además                        surfactantes) y se aumenta con la ayuda del
parece    disminuir          con     el    tiempo        de   D-Limoneno.
envejecimiento         del        suelo   (Makkar         y
Rockne,      2003).          La     biodisponibilidad         En   otro     estudio    sobre   sinergias    de
limitada de un contaminante se presenta                       surfactantes con solventes en la remoción
cuando    su        tasa     de     degradación         por   de hidrocarburos, llevado a cabo por Chu y
microorganismos está afectada por una                         Kwan, (2002), se encontró que la adición de
barrera        físico-química              entre         el   acetona     al    surfactante     mejora      su
contaminante y los microorganismos. Al                        rendimiento de remoción de un 15-25%. La
mezclarse      el     surfactante         con      el    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              ayuda
deberse a que el D-Limoneno puede ayudar                      eficazmente      a      la   disolución      del
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                  degradadores            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             dura,              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,
                                                              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



     ISBN 978-607-8164-02-8                                                                                580
[Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011]


fuente de carbono fácilmente biodegradable            Bibliografía
(Ghosh, 1997), que por sus propiedades
                                                      Abiola, A., y M.Olenyk (1997), Effects of
fisicoquímicas, inicialmente es cuantificado             amendment surfactants on bioremediation
                                                         of hydrocarbon contaminated soil by
como materia orgánica y como parte de los                composting. 34th. Annual Soil Science
compuestos solubles del hidrocarburo, y                  Workshop. Alberta, Cánada, febrero.

por lo tanto la máxima velocidad de                   Antón, R., J. L. Salager, A. Graciaa y J.
                                                         Lachaise     (1992),   Surfactant-oil-water
biodegradación de este compuesto se
                                                         systems near the affinity inversion – Part
detecta en los primeros días del tratamiento.            VIII: Optimum formulation and phase
                                                         behavior of mixed anionic-nonionic systems
Por otra parte, se ha demostrado que los                 versus temperature. J. Dispersion Sci.
                                                         Technol., 13, 565-579.
surfactantes que incrementan la solubilidad
de los hidrocarburos, pueden acelerar su              Bardi, L., A. Mattei, S. Steffan y M. Marzona
                                                         (2000), Hydrocarbon degradation by a soil
biodegradación debido al incremento en su                microbial population with beta-cyclodextrin
biodisponibilidad (Bardi et al, 2000). Esto              as surfactant to enhance bioavailability,
                                                         Enzyme Microb Technol. 27, pp. 709–13.
aunado a que el D-Limoneno es candidato
                                                      Bergström, M. y J. C. Eriksson (2000), A
para       mezclarse   con        los   disolventes      theoretical analysis of synergistic effects in
orgánicos y surfactantes, ocasiona que                   mixed surfactant systems. Langmuir, 16, pp.
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agregando este aceite natural en el suelo
                                                      Bhairi, S.M. (2001), “Detergents: a guide to the
facilite     aun   más       la     remoción,    la      properties and uses of detergents in
biodisponibilidad y actuar como un sustrato              biological      systems”,       Calbiochem-
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en el crecimiento de los microorganismos
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que el D-Limoneno, mejora su remoción al                  of PCBs in soil by surfactant washing and
                                                          biodegradation in the wash by Pseudomonas
ser mezclado con este surfactante .                       sp. LB400”, Biotechnol. Lett, 24, pp. 1827–
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Conclusiones                                             nonaqueous-phase      liquids”,    Applied
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La biorremediación de suelo contaminado
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de éste es crucial para lograr éxito en la            Bollag, J.M. (1992), “Decontaminating soil with
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biorremediación. La mezcla de surfactante                 and anilinic compounds”, Environmental
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con el D-Limoneno            actúan de manera         Bouwer, E.J., W. Zhang, L. P. Wilson y N. D.
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Aplicación de Tween 80 y D-Limoneno en la biorremediación de suelo contaminado con
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Héctor H. Riojas González, Pablo Gortáres Moroyoqui, Iram Mondaca Fernández y José de Jesús
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71072011 aplicacion tween_80_d_limoneno_biorremediacion

  • 1. [Ide@s CONCYTEG Cómo citar: Riojas H. H., P. Gortáres, I. Mondaca y J. J. Balderas (2011), 6(71): Mayo, 2011] “Aplicación de Tween 80 y D-Limoneno en la biorremediación de suelo ISSN: 2007-2716 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 D- Limoneno 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. 2 Profesor/Investigador. Departamento de Biotecnología y Ciencias Alimentarias, Instituto Tecnológico de Sonora. pablo.gortares@itson.edu.mx 3 Profesor/Investigador. Departamento de Biotecnología y Ciencias Alimentarias, Instituto Tecnológico de Sonora. imondaca@itson.mx 4 Jefe del Departamento de Biotecnología y Ciencias Alimentarias, Instituto Tecnológico de Sonora; ibald@itson.mx ISBN 978-607-8164-02-8 571
  • 2. 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 D- Limoneno 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 D- Limoneno 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 a contaminación ambiental que ocasionen otro problema posterior al ocasionada por el petróleo y ambiente (Rittmann y McCarty, 2001; productos petroquímicos (mezclas Madigan et al, 2003). Aunque la complejas de hidrocarburos) se reconoce biorremediación puede resultar lenta, 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 han propuesto opciones para los derrames accidentales a gran escala incrementarla. El uso de algunas (Plohl y Leskovsek, 2002). Además de este alternativas tales como adición de inóculo, impacto ambiental negativo, 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. 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, la cual además 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 ha aplicado con éxito en la el caso de algunos tratamientos químicos) biorremediación y de un solvente, el D- ISBN 978-607-8164-02-8 572
  • 3. [Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011] 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, a) la bioestimulación que consiste en 2009). Al momento de mezclarse estas dos el incremento de las poblaciones sustancias pueden obtener una sinergia, lo microbianas indígenas existentes en cual es muy adecuado porque con ello se el suelo, mediante adición de logra mejorar la biorremediación en su nutrientes, regulación de conjunto. condiciones redox, cambio de pH, u otras condiciones diversas sobre las que se puede influir. Tipos de técnicas de b) la bioaugmentación o inoculación biorremediación de microorganismos capaces de La biorremediación es una técnica actuar específicamente en innovadora que se ha desarrollado en las determinados ambientes dos últimas décadas, y ha sido aplicada con contaminados. éxito en el tratamiento de suelos c) el bioventeo que consiste en el contaminados con hidrocarburos, 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 microorganismos encontrado cierta resistencia debido al biodegradadores. 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) generalmente no se requieren biopilas. tratamientos adicionales, e) son económicas f) la aplicación de enzimas (80-150 USD/m3) (Bollag, 1992). inmovilizadas capaces de ISBN 978-607-8164-02-8 573 
  • 4. 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 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 proceso que utiliza plantas o grasos (jabones). Otros forman un ion microalgas. Muchas de 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 alquil fenol etoxilados (detergentes, dispersantes) y los copolímeros de óxido de Características de los etileno y óxido de propileno (dispersantes) surfactantes y solventes (Salager et al, 2007). 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 la atracción electroestática. En 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 la capacidad de solubilizar Algunos se denominan aniónicos por que compuestos hidrofóbicos (Bhairi, 2001). El forman un ion negativo en solución acuosa; empleo de surfactantes se ha propuesto ISBN 978-607-8164-02-8 574
  • 5. [Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011] como una técnica para incrementar la producen cambios físicos en la superficie biodisponibilidad de contaminantes de los líquidos, ocurriendo dichos cambios orgánicos hidrofóbicos (HOCs) 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 que ellos producen en las otros, y así facilitar su biodegradación superficies, los surfactantes se conocen (Majer et al, 1999). como agentes con actividad superficial. Las aplicaciones prácticas de los surfactantes Los surfactantes pueden ser sintetizados son debidas a su tendencia a ser absorbidos químicamente o bien por algunos en la interfase entre la solución y la fase microorganismos, en este último caso se les líquida, sólida o gaseosa adyacentes. Todos conoce como biosurfactantes. 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). desorción de los contaminantes del suelo hacia la fase líquida, lográndose así un Los solventes se han empleado incremento en la biodisponibilidad de los principalmente para solubilizar HOCs en HOCs. La solubilización de 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 cuando la concentración 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 máxima a la cual 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 propiedad muy sensible a la hidrofóbica de los contaminantes. Es decir, temperatura y polaridad del medio, y cuando se agregan grandes cantidades de generalmente su valor se reporta a alcohol a un suelo contaminado, crea una temperaturas entre 20 y 25°C. interfase entre el agua y el contaminante, incrementando de esta manera la movilidad Los surfactantes facilitan o aumentan la y la solubilidad de la fase no acuosa de los emulsividad, dispersión, 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 son compuestos que ISBN 978-607-8164-02-8 575 
  • 6. 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 ciclohexano, N,N-dimethilformamida y altas eficiencias degradadoras, si existen etilacetato (Brinch et al, 2002). factores que limiten su verdadero potencial, 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 en la fase 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 al, 1997); los criterios que deben en biorremediación se han llevado a cabo considerarse para su selección son: a) esfuerzos en la búsqueda de nuevas técnicas capacidad para disolver cantidades que permitan aumentar la biodisponibilidad adecuadas del contaminante, b) baja de los contaminantes. Los surfactantes y toxicidad en concentraciones traza solventes son compuestos que pueden (ausencia de carcinogenicidad), 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 et al, 1998; Ghosh, 1997). La eficiencia de y solventes en la desorción de un surfactante depende de su biorremediación 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 y la regulación de los microorganismos que Jaffé, 1996). 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 ISBN 978-607-8164-02-8 576
  • 7. [Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011] 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 aumenta la superficie de las bacterias en la superficie hidrofóbica, contacto del agua con el sustrato 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, algunos 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). 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 en la fase hidrofóbica observó que en las biopilas adicionadas de (Birman y Alexander, 1996). El tolueno ha surfactante, se lograba una mayor sido uno de los solventes más empleados biodegradación de hidrocarburos. 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 compuestos polares y asfaltenos 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 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 microorganismos degradadores de 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 la biodegradación después de 105 días de García et al, (2002) demostraron que la tratamiento (concentración inicial 10,000 adición de tolueno en suelos mg/kg) con una eficiencia remoción de intemperizados, tiene un efecto positivo en ISBN 978-607-8164-02-8 577 
  • 8. 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 la desorción de los HTP y 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 mg de tolueno/kg de 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. 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, Características del Tween 80 el 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 comercial) y sus derivados formación de micelas a bajas etoxilados (generalmente conocidos como concentraciones de surfactante. De acuerdo tweens) fueron comercializados con los resultados presentados por Ghosh inicialmente por Atlas en USA y (1997), este surfactante puede ser adsorbido comprados por ICI. Los ésteres del sorbitan por el suelo y degradado por los se producen por interacción del sorbitol con microorganismos hasta en un 99.6%, un ácido graso a una elevada temperatura ISBN 978-607-8164-02-8 578
  • 9. [Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011] 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 D- Limoneno Mezcla de Tween 80 con D- Los aceites típicos como el D-Limoneno, Limoneno para mejorar la tolueno, benceno, tetraclorometano son 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 D-Limoneno origina un mayor relativa (Antón et al, 1992). Los terpenos rendimiento en la remoción y desorción de son una gran clase de 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 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 y tiene evaporación 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). de fácil biodegradación por ser obtenido de fuentes naturales. Principalmente, es usado En la biorremediación, uno de los como componente en formulaciones de parámetros principales que influyen en el agentes limpiadores, desengrasantes y como alcance de la biodegradación es su agente dispersante. Tiene un punto de biodisponibilidad (Bouwer et al, 1997). Los ISBN 978-607-8164-02-8 579 
  • 10. 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 contaminantes hidrófobos no 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 biodisponibilidad es el factor más superficial donde el Tween 80 obtiene importante para que la degradación valores superiores (comparado a con otros biológica termine siendo lenta, además surfactantes) y se aumenta con la ayuda del parece disminuir con el tiempo de D-Limoneno. envejecimiento del suelo (Makkar y Rockne, 2003). La biodisponibilidad En otro estudio sobre sinergias de limitada de un contaminante se presenta surfactantes con solventes en la remoción cuando su tasa de degradación por de hidrocarburos, llevado a cabo por Chu y microorganismos está afectada por una Kwan, (2002), se encontró que la adición de barrera físico-química entre el acetona al surfactante mejora su contaminante y los microorganismos. Al rendimiento de remoción de un 15-25%. La mezclarse el surfactante con el 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 ayuda deberse a que el D-Limoneno puede ayudar eficazmente a la disolución del 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 degradadores 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 dura, 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, 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 ISBN 978-607-8164-02-8 580
  • 11. [Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011] fuente de carbono fácilmente biodegradable Bibliografía (Ghosh, 1997), que por sus propiedades Abiola, A., y M.Olenyk (1997), Effects of fisicoquímicas, inicialmente es cuantificado amendment surfactants on bioremediation of hydrocarbon contaminated soil by como materia orgánica y como parte de los composting. 34th. Annual Soil Science compuestos solubles del hidrocarburo, y Workshop. Alberta, Cánada, febrero. por lo tanto la máxima velocidad de Antón, R., J. L. Salager, A. Graciaa y J. Lachaise (1992), Surfactant-oil-water biodegradación de este compuesto se systems near the affinity inversion – Part detecta en los primeros días del tratamiento. VIII: Optimum formulation and phase behavior of mixed anionic-nonionic systems Por otra parte, se ha demostrado que los versus temperature. J. Dispersion Sci. Technol., 13, 565-579. surfactantes que incrementan la solubilidad de los hidrocarburos, pueden acelerar su Bardi, L., A. Mattei, S. Steffan y M. Marzona (2000), Hydrocarbon degradation by a soil biodegradación debido al incremento en su microbial population with beta-cyclodextrin biodisponibilidad (Bardi et al, 2000). Esto as surfactant to enhance bioavailability, Enzyme Microb Technol. 27, pp. 709–13. aunado a que el D-Limoneno es candidato Bergström, M. y J. C. Eriksson (2000), A para mezclarse con los disolventes theoretical analysis of synergistic effects in orgánicos y surfactantes, ocasiona que mixed surfactant systems. Langmuir, 16, pp. 7173-7181. agregando este aceite natural en el suelo Bhairi, S.M. (2001), “Detergents: a guide to the facilite aun más la remoción, la properties and uses of detergents in biodisponibilidad y actuar como un sustrato biological systems”, Calbiochem- Novabiochem Corporation, pp.41. en el crecimiento de los microorganismos Billingsley, K.A., S.M. Backus, S. Wilson, A. degradadores de hidrocarburos, de modo Singh y O. P. Ward (2002), “Remediation que el D-Limoneno, mejora su remoción al of PCBs in soil by surfactant washing and biodegradation in the wash by Pseudomonas ser mezclado con este surfactante . sp. LB400”, Biotechnol. Lett, 24, pp. 1827– 1832. Birman, I. y M. Alexander (1996), “Optimizing biodegradation of phenanthrene dissolved in Conclusiones nonaqueous-phase liquids”, Applied Microbiology and Biotechnology, 45, pp. 267-272. La biorremediación de suelo contaminado Block, D. (2000), “Acetone helps microbes con hidrocarburos puede ser beneficiada remediate TNT-contaminated soil”, cuando se le agrega surfactantes, la elección BioCycle, 41 (8), pp. 38-40. de éste es crucial para lograr éxito en la Bollag, J.M. (1992), “Decontaminating soil with enzymes: An in situ method using phenolic biorremediación. La mezcla de surfactante and anilinic compounds”, Environmental con solvente como es el caso del Tween 80 Science & Technology, 26, pp.1876–1881. con el D-Limoneno actúan de manera Bouwer, E.J., W. Zhang, L. P. Wilson y N. D. Durant (1997), “Biotreatment of conjunta, logrando con esto mejorar el PAHcontaminated soils/sediments”, Ann NY proceso de biorremediación. Acad Sci., pp. 829,103–17. ISBN 978-607-8164-02-8 581 
  • 12. 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 technique”, Colloids and Surfaces A: y N. Márquez (2004), “Thermodynamic Physicochem. Eng. Aspects, 196, pp. 31–38. parameters of the chromatographic equilibrium distribution process of Ghosh, M.M. (1997), Kinetic considerations in amphiphilic compound by HPLC”, Part II: surfactant-enhanced bioavailability of soil- Nonylphenol Polyethoxylated. CIENCIA, 12 bound PAH, The Sixth International in situ (4), pp. 323-330. and on site Bioremediation Symposium. Brinch, U.C., F. Ekelund, y C. Jacobsen. (2002), Battelle, 2, pp. 575-580. “Method for spiking soil samples with organic compounds”, Applied Guha, S. y P. R. Jaffé (1996), “Bioavailability Environmental Microbiology, 68 (4), pp. of hydrophobic compounds partitioned into 1808 - 1816. the micellar phase of nonionic surfactants”, Environmental Science & Technology, 30, Catherine, A. P. y R. Luthy (1993), “Coal tars pp. 1382-1391. dissolution in water-miscible solvents: experiment evaluation”, Environmental Helmy, Q., E. Kardena y Wisjnuprapto. (2009), Science & Technology, 2713, pp. 2831- “Performance of petrofilic consortia and 2843. effect of Surfactant tween 80 addition in the oil sludge removal Process”, Journal of Cerniglia, C.E. y K.L. Shuttleworth. (2002), Applied Sciences & Environmental “Methods for isolation of polycyclic Management., 4 (3), pp. 207-218. aromatic hydrocarbons PAH.-degrading microorganisms and procedures for Hickey, A.M., L. Gordon, A. D. W. Dobson, C. determination of biodegradation T. Kelly y E. M. Doyle (2007), “Effect of intermediates and environmental monitoring surfactants on fluoranthene degradation by of PAHs”, en C. J. Hurst, R. L. Crawford, Pseudomonas alcaligenes PA-10”, Applied G. R. Knudsen, M. J. McInerney y L. D. Microbiology and Biotechnology, 74, pp. Stetzenbach, Manual of Environmental 851-856. Microbiology 2nd. Edition. Editorial American Society for Microbiology, Huertas, J., E. Duque, S. Marqués y J. Ramos Washington D.C., U.S.A., pp. 972–986. (1998), “Survival in soil of differents toluene degrading Pseudomonas strains Chu, W. y C. Y. Kwan (2002), “The direct and after solvent shock” Applied Environmental indirect photolysis of 4, 40- Microbiology, 64 (1), pp. 38-42. dichlorobiphenyl in various surfactant/solvent-aided systems”, Water Ko, S. O., M. A. Schlautman y E. R. Carraway Research, 36 (9), pp. 2187–2194. (2000), “Cyclodextrin-enhanced electrokinetic removal of phenanthrene Chu, W. y C. Y. Kwan (2003), “Remediation of from a model clay soil”, Environmental contaminated soil by a solvent/surfactant Science & Technology, 34, 1535-1541. system”, Chemosphere, 53, pp. 9−15. Kotterman, M.J.J., H. J. Rietberg, A. Hage, y J. Fenistein, D., L. Barré, D. Broseta, D. Espinat, A. Field (1998), “Polycyclic aromatic A. Livet, J. Roux y M. Scarsella (1998), hydrocarbon oxidation by the white-rot “Viscosimetric and neutron scattering study fungus Bjerkandera sp. strain BOS55 in the of asphaltene aggregates in mixed presence of nonionic surfactants”, toluene/heptanes solvent”, Langmuir. 14, Biotechnol. Bioeng. 57(2), pp. 220-227. pp. 1013-1020. García, R.M., C. G. Saucedo, H. S. Flores y R. Laha, S. y R. G. Luthy (1992), “Effects of M. Gutiérrez (2002), “Mass transfer and nonionic surfactants on the solubilization hydrocarbon biodegradation of aged soil in and mineralization of phenanthrene in soil- slurry phase”, Biotechnol. Prog. 18, 728- Water systems”, Biotechnol. Bioeng. 40, pp. 733. 1367-1380. Gharibi, H., S. M. Hashemianzadeh y B. M. Lif, A. y K. Holmberg (2006), “Water-in-diesel Razavizadeh (2002), “Determination of emulsions and related systems”, Advances interaction parameters of mixed surfactant in Colloid and Interface Science, 123–126, system using a Monte Carlo simulation pp. 231–239. ISBN 978-607-8164-02-8 582
  • 13. [Ide@s CONCYTEG 6(71): Mayo, 2011] Madigan, M.T., J. M. Martinko y J. Parker Rivas, H. y X. Gutiérrez (1999), “Los (2003), Brock Biology of Microorganisms, surfactantes: comportamiento y algunas de 10th edition, Upper Saddle River, NJ, USA: sus aplicaciones en la industria petrolera”, Prentice-Hall. Acta Científica Venezolana, 50 (1), pp. 54- 65. Majer, R.M., I. L. Pepper y C. P. Gerba, (1999), Environmental Microbiology, Academic Rojas, O. y J. Bullon (1995), Fisicoquímica del Press, pp. 583. destintado, Módulo AVTCP. Maracay – Venezuela. Makkar, R. y K, Rockne (2003), “Comparison of synthetic surfactants and biosurfactants in Salager, J. L. (1987). Detergencía, Módulo de enhancing degradation of polycyclic enseñanza en fenómenos interfaciales. aromatic hydrocarbons”, Environ Toxicol Universidad de Los Andes. Escuela de Ing. Chem., 22 (10), pp. 2280–2292. Química, Mérida – Venezuela. (7). Cuaderno FIRP 330. Mishra, S., J. Jyot, R. Kuhad y B. Lal (2001), “Evaluation of inoculum addition to Salager, J.L., J. Bullon y O. Rojas (2007), stimulates in situ Biorremediation of Oily- “Surfactantes - Version 3”, Cuadernos Sludge-Contaminated Soil”, Appl. Environ. FIRP Nº S340-C. Microbiol., 67(4), pp. 2235-2240. Singh-Cameotra, S. y J. M. Bollag. (2003), Nadarajah, N., A. Singh y O.P. Ward. (2002), “Biosurfactant-Enhanced Bioremediation of “Evaluation of a mixed bacterial culture for Polycyclic Aromatic Hydrocarbons”, Crit. de-emulsification of water-in-oil petroleum Rev. Environ. Sci. Technol, 30 (2), pp. 111– oil emulsions”, World J Microbiol 126. Biotechnol, 18, pp. 435–40. Silva I., M. Grossman y L. Durrant. (2009), Nguyen, T.T. y D. A. Sabatini (2009), “Degradation of polycyclic aromatic “Formulating Alcohol-Free Microemulsions hydrocarbons (2-7 rings) under Using Rhamnolipid Biosurfactant and microaerobic and very low-oxigen Rhamnolipid Mixtures”, J. Surfact Deterg., conditions by soil fungi” Int. Biodeter. 12, pp. 109–115. Biodeg. 63, pp. 224-229. Stelmack, P.L., M. R. Gray y M. A. Pickard Plohl, K., y H. Leskovsek (2002), “Biological (1999), “Bacterial adhesion to soil degradation of motor oil in water”, Acta contaminants in the presence of Chim. Slov., 49,pp. 279-289. surfactants”, Applied and Environmental Microbiology, 65, 163-168. Prieto, G., J. Perea y E. Stashenko (2007), “Biotransformación del limoneno para la Thibault, S.L., M. Anderson y W. T. obtención de terpenoides por la acción de Frankenberger (1996), “Influence of bacterias: Rhodococcus erythropolis y surfactants on pyrene desorption and Xanthobacter sp”, Scientia et Technica, degradation in soils”, Applied and Año XIII, No 33, pp. 291-292. Environmental Microbiology, 62, pp. 283– 287. Raiger-Iustman, L.J. y N. I. López (2009), “Los biosurfactantes y la industria petrolera”, Tsai, T. T., C. M. Kao, T. Y. Yeh, S. H. Liang y Rev. QuímicaViva, 3(8), pp.146-161. H. Y. Chien (2009), “Remediation of Fuel Oil-Contaminated Soils by a Three-Stage Riojas, H., P. Gortáres, I. Mondaca, J. Balderas Treatment System”, Environmental y L. G. Torres (2010), “Evaluación de la Engineering Science, 26(3), pp. 651-659. biorremediación aplicando mezclas de surfactante-solvente en suelo contaminado Van Gestel, K., J. Mergaert, J. Swings, J. con diesel”, Rev. Latinoamer. Rec. Nat., Coosemans y Ryekeboer. (2003), 6(2), pp. 100-109. “Bioremediation of diesel oil-contaminated soil by composting with biowaste”, Rittmann, B.E. y P. L. McCarty (2001), Environ. Poll., 125, pp. 361-368. Environmental Biotechnology: Principles and Application, New York, USA: Volké, T. y J. Velasco (2003), “Biodegradación McCraw-Hill. de hidrocarburos del petróleo en suelos ISBN 978-607-8164-02-8 583 
  • 14. 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. (INE- SEMARNAT), 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.clu- in.org/PRODUCTS/AATDF/Toc.htm ISBN 978-607-8164-02-8 584