quinta-feira, 28 de junho de 2012

Biosensor for determination of glucose in real samples of beverages

Flavio Marques Lopes; Karla de Aleluia Batista; Gustavo Luiz Aleluia Batista; Kátia Flávia Fernandes

ABSTRACT
     A biosensor was developed for spectrophotometric determination of glucose concentrations in real samples of orange juice energetic drinks, and sport drinks. The biosensor consisted of glucose oxidase (GOD) and horseradish peroxidase (HRP) immobilized onto polyaniline activated with glutaraldehyde (PANIG). Immobilization parameters were optimized for GOD, and maximum immobilization yield was 16% when 5.0 mg of PANIG and 8.9 U prepared in 0.1 mol.L-1 sodium phosphate buffer (pH 7.0) reacted for 60 minutes at 4 °C with gentle stirring. The linear operational range for glucose determination using optimized operational parameters was between 0.05 and 6.0 mg.mL-1 with a very good reproducibility of response. The results obtained in the biosensor were compared with those obtained using free enzymes (commercial kits) and then validated through statistical analysis using the Tukey test (95% confidence interval).

RESUMO
     Foi desenvolvido um biossensor espectrofotométrico para a determinação da concentração de glicose em amostras reais de suco de laranja, energéticos e bebidas esportivas. O biossensor consistiu de glicose oxidase (GOX) e peroxidase (HRP) imobilizadas em polianilina ativada com glutaraldeído (PANIG). Os parâmetros de imobilização foram otimizados para a GOX e o rendimento máximo de imobilização obtido foi de 16% para 5 mg de PANIG e 8,9 Unidades de Enzima (UE) preparadas em tampão fosfato 0,1 mol.L-1 (pH 7,0) com tempo de reação de 60 minutos a 4 °C, com agitação leve. Utilizando os parâmetros otimizados, encontrou-se uma faixa linear para a determinação de glicose entre 0,05 e 6,0 mg.mL-1, com boa reprodutibilidade de resposta. Os resultados obtidos foram comparados com resultados de enzimas livres (kits comerciais), sendo validados através de análise estatística pelo teste de Tukey (95% de significância).

1 Introduction
     Starch is one of the biomolecules that appears frequently in food composition due to its physical properties, and because it acts as a source of glucose and therefore of energy (DEMIATE; KONKEL; PEDROSO, 2001; WEBER; COLLARES-QUEIROZ; CHANG, 2009). The proliferation of microorganisms in foodstuffs is directly dependent on their ability to hydrolyze starch releasing glucose that will be the primary source of energy for growth. In this case, increase in glucose concentration may be an important and early indicator of contamination.
     The determination of glucose concentration is also particularly important in some food products since glucose causes browning during dehydration and long-term storage, mainly due to the Maillard reaction. This is a major obstacle in the manufacture of dehydrated egg powder (D'SOUZA; GODBOLE, 1989), and it is also a serious problem in hydrolysis of high molecular weight dextrans to oligosaccharides, utilized in the production of pharmaceutical products. The resulting colored compounds are not compatible with pharmaceutical and food rules for formulation acceptability (MISLOVICOVÁ; MICHÁLKOVÁ; VIKARTOVSKÁ, 2007). Therefore, the quantitative determination of glucose constitutes an important measurement in food product quality control.
Numerous methods have been reported for glucose analysis in food. However, most of the current adopted methods are time consuming or costly (AQUINO et al., 2004; WU et al., 2004; DRUZIAN; DOKI; SCAMPARINI, 2005; YILDIZ et al., 2005). Currently, several devices are available for precise and prompt glucose measurements in the clinical area, but these devices are frequently designed to operate under blood serum conditions. Development of fast, cheap, practical, and selective methods for detecting glucose in food is still a research area that brings together efforts from chemistry to clinical analysis.
     Enzymatic determinations of glucose involve glucose oxidase (E.C. 1.1.3.4.) (GOD) and horseradish peroxidase (E.C. 1.11.1.7) in a sequence of redox reactions. Glucose oxidase as a free enzyme has been used in the measurement of glucose in foods and beverages (ÇIL et al., 2007; WILSON; TURNER, 1992; SARTINI et al., 1998) even though it represents an important cost component of a product (WU et al., 2004). To overcome this inconvenience, GOD has been immobilized on various supports with the purpose of its economic reuse (MISLOVICOVÁ; MICHÁLKOVÁ; VIKARTOVSKÁ, 2007; ENDO et al., 2006; FERREIRA; FIORITO; OLIVEIRA JUNIOR, 2004; GÜRSEL et al., 2003). Examples of the use of immobilized GOD in food production are the preparation of gluconic acid (RAMACHANDRAN et al., 2006; BAO et al., 2004; FIEDUREK, 2001), removal of oxygen from beer (HARTMEIER; WILLOX, 1981), and the removal of glucose from eggs (SISAK et al., 2006; SANKARAN; GODBOLE; D'SOUZA, 1989; D'SOUZA; GODBOLE, 1989). When immobilized in biosensors, GOD is also used for the removal of glucose from pentosan of wheat flour (HOUBEN; RUIJTER; BRUNT, 1997), and health control of farm fish (ENDO et al., 2006). In spite of its wide application, the most common and serious problem of GOD biosensors is their lack of stability because of the intrinsic nature of the enzyme (KANG et al., 2007).
     In a previous study, we showed a spectrophotometric device for hydrogen peroxide measurement using horseradish peroxidase (HRP) immobilized on polyaniline (FERNANDES et al., 2005). This device was used to measure glucose in a combination with free GOD. In the present paper, the development of a cheap and stable biosensor containing HRP and immobilized GOD and its use for spectrophotometric determination of glucose in real samples of sport drinks, soft drinks, and orange juice, is described.

2 Materials and methods
2.1 Reagents
     Horseradish peroxidase (HRP) type VI was purchased from Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO, USA). Glucose oxidase (GOD) 90 U.mg-1, hydrogen peroxide, and aniline were obtained from E. Merck (Darmstadt, Germany). Aniline was distilled under vacuum obtaining a colorless liquid. Energil C and orange juice were produced by Tampico - Tampico Beverages Inc., Chicago - IL, EUA. On Line and Fly horse were produced by AmBev - GlobalBev, Marathon by Fratelli Vita - AmBev - GlobalBev. Red bull and Gatorade were produced by Quaker Oats Company. All other reagents were analytical grade and were used without further purification. Solutions were prepared with deionized water.

2.2 Polymer synthesis and activation
     Polyaniline (PANI) was chemically synthesized as described previously (FERNANDES et al., 2003) using ammonium persulphate as the oxidizing agent. The black/green powder obtained was activated with a 2.5% (v/v) glutaraldehyde solution, under reflux, for 2 hours to obtain glutaraldehyde-modified polyaniline (PANIG). After exhaustively washing with 0.1 mol.L-1 phosphate buffer, pH 6.0, the powder was dried under dynamic vacuum and stored at room temperature until its use for enzyme immobilization.

2.3 Immobilization and assay
     The immobilization of HRP was carried out as described previously (FERNANDES et al., 2003) resulting in 8.2 U HRP.mg-1 PANIG, which represents a 24.3% yield.
The optimum immobilization conditions of glucose oxidase (PANIG-GOD) were obtained varying the enzyme and polyaniline (PANIG) concentration, the pH, and the time of the immobilization reaction. The reactions were performed at 4 °C. After immobilization, PANIG-GOD was washed with 0.1 mol.L-1 phosphate buffer pH 7.0 to remove unbounded enzyme molecules.
     Measurements of GOD immobilization were performed by adding 2.8 mL of freshly prepared substrate solution containing 41.05 mmol.L-1 phenol, 0.6 mmol.L-1 4-aminoantipyrine, both prepared in 0.1 mol.L-1 phosphate buffer, and pH 7.0 to PANIG-GOD. The reaction was started by the addition of 20 µL of glucose solution (0.05 to 6 mg.mL-1) which were left to occur for 10 minutes. The product formed was analyzed using a spectrophotometer at 510 nm. All measurements were performed in triplicates, and the results were presented as mean and standard deviation.

2.4 Reactor design
     The biosensor was constructed as an air-lift reactor consisting of 5.0 mg of PANIG-HRP and 5.0 mg of PANIG-GOD assembled into a polypropylene reaction camera connected to an air pump, an upper connection for substrate input and a lower valve for product exit. The products were pumped through a detection system consisting of a spectrophotometer connected to a recorder. Optical density was recorded every 5 seconds at 510 nm in a glass cell with 1.0 mm optical path length (Figure 1). The relationship between PANIG-HRP and PANIG-GOD amounts in the reaction camera were optimized to obtain the best performance of the system.


2.5 Operational range for glucose determination and operational stability of the biosensor
     The system was operated at room temperature. The operations consisted of filling the reaction camera containing the immobilized enzymes with substrate solution (2.2). 20  µL injections of increasing concentrations of glucose samples (0.05 a 6.0 mg.mL-1) started the reactions, which were left to proceed for 10 minutes. Next, the exit valve was opened, and the product formed was pumped to the detection system. The residence time was tested from 1 to 30 minutes. Only measurements higher than 0.4 EU was considered to establish the inferior limit of detection. Readings below this value were considered as noise.
     The operational stability of the biosensor was tested by sequential injections of glucose samples followed by washes with phosphate buffer.

2.6 Determination of glucose in real samples
     The amount of glucose in real samples was determined using biosensor. The tests were performed in triplicates, and the results were presented as mean and standard deviation. The operations consisted of filling the reaction camera containing the immobilized enzymes with the substrate solution (2.2). Injections of 20 µL of the beverages samples started the reactions which were left to proceed for 10 minutes. Next, the exit valve was opened, and the product formed was pumped to the detection system. The data obtained using the biosensor were compared with the glucose amounts determined via glucose oxidase method using free GOD and HRP (HENRY, 1996). Total sugar concentration was measured using the Dubois (phenol sulphuric) method (1956).

2.7 Statistical analysis
     All experiments were performed at least three times in triplicate with three independent samples. The analysis of variance (ANOVA) and comparison between means values were applied to establish differences using the Tukey test (confidence interval 95%). All analyses were carried out using the Statistica 6.0 software.

3 Results and discussion
3.1 GOD immobilisation
     The immobilization parameters were optimized for GOD resulting in a maximum immobilization yield of 16% when 5.0 mg of PANIG and 8.9 EU prepared in 0.1 mol.L-1 phosphate buffer, pH 7.0, were left to react for 60 minutes, at 4 °C under gently stirring. Figure 2 shows that pH seems to be an important immobilization factor because variations of one pH unit resulted in a significant increase in the immobilized enzyme content. This variation was probably caused by the state of ionization of the lateral chains of the lysine residues present on the exposed surface of GOD since these are the targets for reaction with the carbonyl groups of glutaraldehyde to form Schiff bases (ARTIGO LU). Furthermore, as can be seen in Figure 3, increases in enzyme concentration resulted in increases in the amount of immobilized enzyme. Efficiency of immobilization in the optimized conditions was higher than those found by Du et al. (2009), who reported a yield of 3.36% when GOD was immobilized in Poly (St-GMA-NaSS) microspheres with and without BSA-spacer.






3.2 Operational range for glucose determination
Figure 4a, b, c shows the response obtained in the biosensor for three independent glucose injections. The operational range for glucose determination was stated from 0.05 to 6.0 mg.mL-1. As can be seen, the system is able to determine glucose with high reproducibility and linearity of response (a, r = 0.997; b, r = 0.995, and c, r = 0.996).



     The results obtained showed that the operational range for glucose determination (0.05 to 6 mg.mL-1) used in this study was larger than that reported by Duong and Rhee (2007), who obtained values of the detection limit between 0.10 - 0.52 mg.mL-1.

3.3 Long-term stabilities of GOD/HRP biosensor
     To evaluate long-term stabilities of the biosensor, the responses were monitored during continuous use. As can be seen in Figure 5, the biosensor was used in 25 cycles for glucose determination without any loss in sensitivity. This finding is very important since it combines the stability of two immobilized enzymes: HRP and GOD. A preliminary study showed that HRP immobilized onto polyaniline was very stable for hydrogen peroxide determination (FERNANDES et al., 2005). Several authors reported stability of enzyme biosensors containing immobilized GOD (ÇIL et al., 2007; MISLOVICOVÁ; MICHÁLKOVÁ; VIKARTOVSKÁ, 2007; YILDIZ et al., 2005; FERREIRA; FIORITO; OLIVEIRA JUNIOR, 2004; GÜRSEL et al., 2003). The variation observed in this parameter is very high, and as such it is possible to find stabilities from 45% of initial activity after 5 days of use and storage to 90% of initial activity after 45 cycles of use. Based on these data, the biosensor described here presents good stability, especially considering the ease of the polymer synthesis, immobilization, and the operation of the device.


3.4 Determination of glucose amount in real samples
     Several sport and energetic drinks as well as orange juice were analyzed for their glucose contents using a GOD/HRP biosensor and also by a free enzyme system. Table 1 shows the results of glucose determination in the biosensor and the use of the free enzymes.
As can be seen, there was a close relationship between the values found for the glucose measurements in the biosensor and those obtained with free enzymes. Slightly higher variations were observed among the total amounts of carbohydrates informed by the manufacturer and those obtained by the phenol-sulphuric method.
     One interesting finding of this study was the absence of interference in the measurements. The composition of energetic beverages and soft drinks presents several compounds which can interfere in the performance of enzymes. Compounds such as citric acid, ascorbic acid, and several others may interfere in the reactions catalyzed by both GOD and HRP. Other components of these drinks may be oxidized by hydrogen peroxide produced in the HRP reaction hindering the GOD reaction. Particularly, biosensors can suffer from polymer interference if the support used for immobilization act as an adsorbing component. The absence of interference in the case of PANIG-GOD-HRP is a very interesting finding.

4 Conclusion
     This study showed that GOD and HRP can be successfully immobilized in PANIG polymer, and that the biosensor resulting from this procedure represented a cheap, fast, and practical alternative to glucose determination in the samples tested. The biosensor showed high reproducibility of response and high stability during repeated use. Another important characteristic of this biosensor was the wide range of detection. The absence of interference of the components in the samples, especially ascorbic acid in the orange juice and citric acid in all the other beverages, was a very important finding of this research opening up the possibility of a wide range of application possibilities of this biosensor.

References
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 Fonte: http://www.scielo.br

terça-feira, 19 de junho de 2012

Influencia de habitos alimentarios sobre las concentraciones de pesticidas organoclorados en tejido adiposo

Ijoni Costabeber; Tatiana Emanuelli

RESUMEN
    Fueron evaluados los niveles de residuos de pesticidas organoclorados (p,p'-DDE, HCB, g-HCH, aldrín) presentes en 123 muestras de tejido adiposo mamario obtenidas de mujeres residentes en Córdoba (España). Además, se investigó la influencia de hábitos alimentarios y edad de las donantes sobre los niveles de organoclorados encontrados en el tejido. El p,p'-DDE fue el compuesto encontrado en concentraciones más altas (1,848mg/g), seguido de HCB (0,235mg/g), aldrín (0,005mg/g) y g-HCH (0,003mg/g). Las donantes mayores presentaron niveles de p,p'-DDE, aldrín y HCB superiores que las más jóvenes. Sin embargo, la edad no influyó en los niveles de g-HCH. La mayoría de las donantes (40,65%) indicaron las frutas como el alimento más consumido, seguido de la alimentación variada (34,15%), los legumbres (6,50%), los guisos y potajes (6,50%), las verduras (4,88%), la leche (3,25%), el pescado (2,44%) y la carne (1,63%). Una correlación no significativa fue observada entre los niveles de organoclorados en el tejido adiposo y los hábitos alimentarios de las donantes.


1 – INTRODUCCION
    En las últimas décadas, las cosechas de productos alimenticios han experimentado un aumento considerable. Ello ha sido posible, en gran parte, al resultado obtenido en la lucha contra las plagas que los deterioraban y, es innegable que los pesticidas han desempeñado en la misma un papel importante. Sin embargo, la aplicación de estas sustancias de forma intensiva, trajo como consecuencia que una parte de las mismas persistiera en el medio ambiente, conservando sus propiedades activas y, más aún, que pasaran a organismos superiores. Por lo tanto, los pesticidas organoclorados, dada su especial característica de persistencia en el medio y el riesgo de su toxicidad crónica en el hombre, por acumulación de pequeñas cantidades que pasan de unos seres a otros y se concentran a través de la cadena alimentaria, representan un trascendental problema sanitario [10, 11].
    Hoy en día, se pueden apreciar los efectos originados por el uso indiscriminado de los compuestos organoclorados al relacionarse la contaminación en los seres humanos con la posible aparición de problemas patológicos [6, 33, 34]. Las preocupaciones por esta contaminación se fundamentan al observarse la acumulación y la persistencia de los pesticidas organoclorados en la cadena trófica y, especialmente, en tejidos ricos de grasa de los organismos.
    Los residuos organoclorados presentan para el hombre un riesgo debido a su toxicidad crónica por la ingestión continuada de pequeñísimas cantidades presentes en los alimentos [30]. Su peligro real se centra en su acción sobre sistemas enzimáticos [30], vitaminas y hormonas, así como en su actividad carcinogenética [14, 24, 29, 36, 38]. La presencia de residuos organoclorados en grasa humana es un buen índice para la evaluación del grado de exposición del hombre a los agentes de contaminación persistentes en el medio ambiente [1, 12, 13] y, especialmente, en los alimentos consumidos [3, 7, 10, 19]. En España, residuos de p,p'-DDE, HCB, g-HCH y aldrín han sido determinados en muestras de tejido adiposo por diversos autores [22, 27, 28, 32]. En este contexto se realiza la presente investigación, que tiene como objetivo principal determinar pesticidas organoclorados en tejido adiposo mamario de mujeres residentes en la Provincia de Córdoba (España), además, de correlacionar las concentraciones encontradas en las muestras con datos respecto a hábitos alimentarios y edad de las donantes.
 
2 – MATERIAL Y METODO
 
2.1 – Toma de muestras y datos de encuestas
    Se obtuvieron 123 muestras de tejido adiposo de glándulas mamarias femeninas. Las muestras fueron tomadas de donantes sometidas a intervenciones quirúrgicas realizadas en el Hospital Provincial de la Ciudad Sanitaria "Reina Sofía" de Córdoba (España), durante el período comprendido entre febrero de 1996 a julio de 1997. El 53,7% de las donantes presentaron carcinoma y el 46,3% tuvieron alteraciones benignas en las mamas. Las muestras, de aproximadamente 1g de tejido graso, debidamente identificadas se guardaron en recipientes de vidrio y fueron mantenidas en congelación a –20ºC hasta el momento de su análisis.
    Para todas las muestras obtenidas se recopilaron datos referentes a la edad de las donantes, así como datos respecto al alimento más consumido habitualmente por cada una de ellas.
 
2.2 – Patrones de residuos organoclorados
    Se usaron cuatro pesticidas organoclorados: aldrín, lindano (g-HCH), hexaclorobenceno (HCB) y diclorodifenil dicloroetileno (p,p'-DDE).
    El equipo utilizado para este estudio fue el siguiente: rotavapor, refrigerador con congelador vertical, balanza analítica, triturador y cromatógrafo de gases (CG) Hewlett-Packard modelo 5890, dotado de un detector de captura de electrones (ECD) con fuente radioactiva Ni63, conectado a un integrador Hewlett-Packard modelo 3396 serie II. Para la separación de los pesticidas organoclorados se usó una columna capilar Hewlett-Packard (HP-1) de sílice fundida (Crosslinked Methyl Silicone Gum), de 25m de longitud, 0,2mm de diámetro interno y 0,33mm de grosor de fase estacionaria (Film Thickness). Se empleó helio como gas portador y argón-metano como gas de apoyo del detector a flujos de 2,3mL/min y 40mL/min, respectivamente. Las temperaturas de operación fueron las siguientes: inyector 225ºC, detector 225ºC y horno 55ºC de temperatura inicial y 250ºC de temperatura final.
    La cristalería específica para laboratorio de análisis de pesticidas organoclorados y los frascos para las muestras fueron limpiados según la metodología de ANGULO et al. [2].
    Se utilizaron los reactivos siguientes: n-hexano para cromatografía de Merck, sulfato de sodio anhidro de Panreac Química S.A. y florisil de 60 a 100mesh de Sigma, previamente activado a 150ºC durante 12 horas y desactivado con la adición de 2% de agua bidestilada.
    La extracción y la purificación de los pesticidas organoclorados se realizaron de acuerdo con la metodología de GARRIDO, JODRAL, POZO [18]: se pesan 0,3g de tejido graso, se adicionan 10mL de n-hexano y se trituran a 13.500rpm durante 3min. La muestra triturada se transfiere a la columna cromatográfica, a la que previamente se ha colocado un tapón de lana de vidrio y se ha rellenado con 15g de florisil y un lecho de sulfato de sodio anhidro de 1cm. Cuando se introduce la muestra en la columna, se eluye con 100mL de n-hexano para arrastrar los compuestos objeto de estudio. El eluato con los posibles residuos es pasado por un embudo que contiene sulfato de sodio anhidro sujetado con lana de vidrio y recolectado en un matraz esférico. El extracto es evaporado a sequedad con un rotavapor a vacío y reconstituido con 2mL de n-hexano, de los cuales 3ml son inyectados en el cromatógrafo de gases para el análisis cualitativo y cuantitativo. El primero se realizó comparando los tiempos de retención, y el segundo mediante la comparación del área bajo el pico de los pesticidas determinados contra aquellos obtenidos con los patrones correspondientes. Los residuos organoclorados identificados por cromatografía de gases son confirmados por espectrometría de masas. Para cada conjunto de muestras sometidas a extracción en idénticas condiciones y en el mismo período de tiempo, se realizó un blanco de columna con el fin de evitar errores en la identificación de los compuestos.
    Para la valoración del método analítico se efectuó un estudio de adición de diferentes concentraciones (0,008, 0,01, 0,02, 0,04 e 0,05mg/mL) de patrones con 5 repeticiones, lo que permitió precisar el porcentaje promedio de recuperación de los compuestos investigados, así como la varianza y la desviación típica de los resultados obtenidos (Tabla 1).
 
 
2.3 – Análisis estadístico
    En el proceso de validación del método analítico utilizado en la investigación, se realizaron pruebas estadísticas como la media, la desviación típica y el coeficiente de variación porcentual. Para los datos referentes a las concentraciones de los pesticidas organoclorados, se realizaron análisis estadísticos básicos, como la media, la desviación típica, los mínimos y máximos del total de muestras analizadas. El análisis de varianza se ha realizado para interpretar la relación existente entre las concentraciones de pesticidas organoclorados y los datos respecto a hábitos alimentarios y edad de las donantes, así como, se ha empleado el coeficiente de correlación lineal simple para establecer la relación entre las concentraciones de pesticidas organoclorados y la edad de las donantes. Ambos tests han sido realizados a un nivel de confianza de 95%, como mínimo. Para el análisis estadístico de los datos se ha empleado el programa informático "Statistica" versión 4.5.
 
3 – RESULTADOS Y DISCUSION
    Con el cuestionario sobre el alimento más consumido y la edad se obtuvieron los datos que se encuentran agrupados en la Tabla 2. La clase "alimentación variada" se refiere a las contestaciones siguientes: de todo, varios, fruta-verdura, fruta-legumbre, fruta-carne, fruta-verdura-potaje, pescado-fruta, carne-verdura, carne-leche y legumbre-carne-pescado. Como puede verse, un 40% de las donantes consideraron las frutas el alimento más consumido. Respecto a la edad, las donantes tenían una edad media de 51 años, con una mínima de 15 y una máxima de 87 años.
 
 
    Los resultados obtenidos en la investigación sobre los pesticidas organoclorados en las muestras analizadas se encuentran recogidos en la Tabla 3.
 
 
    Respecto a las frecuencias de determinaciones de los pesticidas organoclorados se observa que el p,p'-DDE fue identificado en todas las muestras analizadas. El HCB, aldrín y g-HCH presentaron frecuencias de 99, 64 y 15%, respectivamente.
    Cuanto a los valores medios encontrados en las muestras de tejido mamario se señala que el p,p'-DDE presenta el nivel medio más elevado, 1,848mg/g de tejido graso. El resto de los pesticidas organoclorados fueron detectados a niveles medios de 0,235mg/g para el HCB, 0,005mg/g para el aldrín y, por último, 0,003mg/g de tejido mamario para el g-HCH.
    El p,p'-DDE fue identificado por COSTABEBER et al. [8], COSTABEBER, JODRAL, ANGULO [9], GÓMEZ-CATALÁN et al. [20], HERNÁNDEZ et al. [21], MARTI, PRATS, MAS [26], MOLINA [27] y PLANAS et al. [31] como el pesticida que se encuentra en concentraciones más elevadas en el tejido graso, por ser el último y más estable metabolito del DDT. El nivel medio de 1,848mg/g de tejido mamario presente en las muestras analizadas fue inferior, por un lado, al valor de 2,2mg/g de tejido subcutáneo encontrado por KANJA et al. [23] y al valor de 2,5mg/g de tejido adiposo encontrado por CORSOLINI et al. [5]. Por otro lado, fue considerablemente superior al nivel medio de 0,39mg/g de tejido detectado por GALLELLI, MANGINI, GERBINO [17] y al de 1,19mg/g tejido adiposo determinado por DUARTE-DAVIDSON, WILSON, JONES [13]. Dichas diferencias pueden ser debido al diferente grado de contaminación en los países donde fueran recogidas las muestras.
    HERRERA et al. [22] investigaron los niveles de g-HCH, aldrín y p,p'-DDE en 40 muestras de grasa humana obtenidas en la Provincia de Madrid. Las concentraciones medias de los compuestos detectados fueron de 0,016, 0,0003 y 2,668mg/g de tejido adiposo, respectivamente. Los niveles medios detectados en esta investigación (Tabla 3) son inferiores a los encontrados por HERRERA et al. [22], excepto en el caso del aldrín. Se pudo observar, que los niveles de p,p'-DDE han descendido un 30% durante el periodo de tiempo que separan los dos estudios.
    POZO et al. [32] detectaron 1,007mg/g de tejido adiposo de HCB en grasa humana de la Provincia de Madrid. Es importante señalar que en el presente estudio se ha encontrado el HCB a un nivel medio de 0,235mg/g de tejido, lo que significa una reducción de un 76% comparado al nivel detectado por POZO et al. [32] para dicho compuesto desde hace 23 años.
    MOLINA [27] detecta cantidades importantes de g-HCH, aldrín, p,p'-DDE y HCB en muestras de tejido adiposo humano de la Región de Murcia, así obtiene concentraciones de 0,658mg/g de tejido de g-HCH, 1,26mg/g de tejido de aldrín, 4,03mg/g de tejido de p,p'-DDE y 1,07mg/g de tejido de HCB. Resultados semejantes han sido encontrados por MOLINA et al. [28] con excepción del HCB que no ha sido objeto de estudio. Los valores encontrados por los autores son superiores a los encontrados para estos compuestos en el presente trabajo.
    Asimismo, CAMPS et al. [4], FERRER et al. [15, 16], GÓMEZ-CATALÁN et al. [20], HERNÁNDEZ et al. [21], MARTI, PRATI, MAS [26], PLANAS et al. [31] y TO-FIGUERAS et al. [35] realizaron determinaciones de uno o más pesticidas organoclorados que también fueron objeto de estudio en esta investigación, pero los niveles detectados por ellos no son comparables, puesto que los determinaron en base grasa, mientras que el presente se realizó en muestras enteras.
    Respecto a la edad de las donantes y los niveles de residuos organoclorados, se observó una correlación positiva (p£0,001) para los compuestos HCB, aldrín y p,p'-DDE indicando el incremento de las concentraciones de residuos de pesticidas con el aumento de la edad de las donantes (Figura 1). Los resultados concuerdan con los obtenidos en investigaciones anteriores [4, 16, 25]. Sin embargo, para el g-HCH se ha observado una correlación no significativa entre los niveles en el tejido y la edad, posiblemente debido al hecho que pocas muestras presentaban este compuesto. Tampoco MOLINA [27] ha establecido correlación significativa entre niveles de g-HCH y la edad de los donantes.
 
 
    Se señala que los compuestos HCH (con más de 90% de g-HCH) y HCB han sido prohibidos en España en 1986 (Orden Ministerial de 28 de febrero), mientras que el DDT y el aldrín han sido prohibidos en 1991 (Orden Ministerial de 1 de febrero).
    Respecto a los hábitos alimentarios y los valores de pesticidas organoclorados, la Tabla 4 refleja las concentraciones de los compuestos detectados en las muestras de tejido adiposo mamario según la indicación de las donantes respecto al alimento más consumido por cada una de ellas.
 
 
    El análisis de varianza entre los datos de los alimentos más consumidos y las concentraciones de los compuestos investigados mostró una relación estadística no significativa (p>0,05 para todos los casos). Tampoco, se ha establecido una relación estadísticamente significativa cuando se ha clasificado los datos en tres grupos: a) alimentos ricos en gordura (leite, carne y pescado), b) alimentos pobres en gordura (fruta, verdura y legumbre) y, c) alimentación variada. Respecto a los hábitos alimentares de estas donantes, la mayoría (75%) consideraron las frutas y la alimentación variada los alimentos más consumidos. Así, la distribución desigual de las muestras puede ser la causa de la ausencia de correlación entre las concentraciones detectadas y los hábitos alimentares de las mujeres.
    Asimismo, se señala que las mayores concentraciones de los compuestos HCB, g-HCH y p,p'-DDE fueron encontradas en las mujeres que consideraron las verduras el alimento más consumido, mientras que las mayores concentraciones de aldrín fueron encontradas en las que consideraron los guisos y potajes el alimento más consumido. En lo que se refiere al p,p'-DDE y al HCB, tal observación puede ser debido a la mayor edad media (62,5 años) que poseen las donantes que consideraron las verduras el alimento más consumido (Figura 1). Por otro lado, las concentraciones más bajas de los compuestos HCB, aldrín y p,p'-DDE fueron encontradas en las mujeres que consideraron las carnes el alimento más consumido, mientras que el g-HCH no fue detectado en el tejido graso mamario de las donantes que indicaron el pescado como el alimento más consumido habitualmente. En el caso de consumo de carnes y bajas concentraciones de compuestos, se señala que las donantes eran mujeres más jóvenes, con una edad media de 33,5 años.
    Según LUDWICKI y GÓRALCZYK [25] la mayor presencia de p,p'-DDE en el tejido adiposo tiene su origen principalmente en la dieta y, en menor proporción, del metabolismo del DDT en el hombre. En este sentido WALISZEWSKI et al. [37] atribuyen los valores elevados de p,p'-DDE en el tejido adiposo humano a la contaminación presente en los alimentos ingeridos de origen animal, donde el DDT fue metabolizado previamente a DDE. En la presente investigación el p,p'-DDE ha sido detectado en concentraciones más altas en las muestras de las mujeres que consideraron las verduras como el alimento más consumido, posiblemente por el amplio uso que ha tenido el DDT en la agricultura. Sin embargo, la correlación establecida entre el nivel de p,p'-DDE y el consumo de verduras ha sido estadísticamente no significativa.
 
4 – CONCLUSIONES
    Los resultados obtenidos en el presente estudio indicaron una correlación no significativa entre la dieta de las donantes y los niveles de los compuestos encontrados en el tejido mamario. Con el aumento de la edad de las donantes se produce un incremento de los niveles de residuos organoclorados en el tejido mamario, a excepción del g-HCH. Estos resultados sugieren que la edad ha sido el factor que mejor se correlaciona con las concentraciones de organoclorados detectadas en el tejido adiposo, mientras que la dieta, en la forma evaluada en el presente estudio, no ha representado el factor determinante de la carga corporal de estas mujeres.
Desde nuestro punto de vista, la obtención de datos fiables sobre la importancia de los hábitos alimentarios respecto a la carga corporal de residuos organoclorados es muy compleja y requiere estudios más detallados sobre el tipo y la cantidad de los alimentos consumidos. Asimismo, sería conveniente conocer, mediante estudios preliminares, la contaminación por residuos organoclorados presente en los alimentos.
 
5 – REFERENCIAS BIBLIOGRAFIAS
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Fonte: http://www.scielo.br

segunda-feira, 11 de junho de 2012

OS TRIHALOMETANOS NA ÁGUA DE CONSUMO HUMANO

Agenor Zarpelon
Eloize Motter Rodrigues
Resumo

O presente trabalho discute a ação do cloro como desinfetante e a presença de trihalometanos na água tratada. Os THMs constituem um grupo de compostos orgânicos que se consideram derivados do metano (CH4) em cuja molécula três de seus quatro átomos de hidrogênio foram substituídos por um igual número de átomos dos elementos halógenos (cloro, bromo e iodo). O trabalho também apresenta considerações sobre o uso de alternativas à cloração.
Palavras-chave: cloração, trihalometanos, precursores

 Abstract

In this study we analyzed the action of chlorine as a disinfectant and the presence of trihalomethanes in treated water. THMs are a group of organic compounds derived from methane (CH4), in which three of the atoms in a methane molecule are replaced by the same number of halogen elements (chlorine, bromine, and iodine). The study also addresses the use of alternative options to chlorination.

Key words: chlorination, trihalomethanes, precursors
  
Histórico

     Obter água em quantidade suficiente e com qualidade adequada para o consumo sempre foi uma grande preocupação para o homem. Em princípio preocupava-se apenas com o aspecto estético, rejeitando as que apresentavam cor, odor, sabor e/ou turbidez. Posteriormente procuraram adequá-las utilizando uma simples decantação, ou associando uma filtração em leito de areia, de modo a promover a clarificação.
     Como a contaminação da água da fonte não alterava suas característica estéticas, verificou-se que o odor, sabor, cor e turbidez não eram critérios suficientes para atestar a qualidade da água e que havia a necessidade de se aprimorar os recursos de tratamento da água de modo a garantir também a sua qualidade sanitária.
     Com as contribuições de Schwam, Pasteur, Koch e outros cientistas, para o avanço dos conhecimentos da bacteriologia e das técnicas de detecção de organismos patogênicos, e a comprovação da eficiência do cloro não só na remoção de odor, mas também na eliminação ou inativação destes organismos, iniciou-se um grande progresso na tecnologia de tratamento de água.
  
O cloro como agente desinfetante
     Quando se adiciona cloro na água ocorre a formação de ácido hipocloroso (HOCl) e ácido clorídrico (HCl):

     Para valores de pH acima de 4,0 o equilíbrio se desloca para a direita e a quantidade de Cl2 que existe em solução é pequena.
     O ácido hipocloroso sofre ionização em uma reação praticamente instantânea, formando íon hidrogênio (H+) e íon hipoclorito (OCl-), sendo que o grau de ionização depende do pH e da temperatura.
    Para valores de pH inferiores a 6,0 predomina o ácido hipocloroso, porém àmedida em que a temperatura e o pH se elevam aumenta o grau de ionização do ácido e conseqüentemente, a concentração do íon hipoclorito.
    Para valores de pH maiores que 9,6 e a temperatura de 20º C, praticamente todo ácido hipocloroso sofreu ionização.
    O ácido hipocloroso e o íon hipoclorito são denominados cloro livre.
    O hipoclorito de sódio (NaOCl) e de cálcio Ca (OCl)2 também produzem íon hipoclorito, o qual estabelecerá um equilíbrio com o íon hidrogênio da mesma forma que a equação 2.
    Portanto, independentemente de se utilizar o cloro gasoso ou hipocloritos oequilíbrio entre o ácido hipocloroso e o íon hidrogênio se estabelecerá (equação 2).

 Ação desinfetante do cloro
     Embora a desinfecção da água possa ser realizada por diversos meios (calor, luz ultravioleta, ozônio, dióxido de cloro), a utilização do cloro e seus derivados tem sido a mais difundida em função de sua facilidade de aplicação, menor custo econômico e alta eficiência.
    A ação do cloro como desinfetante envolve uma série de fatores, de maneira que não foi possível até hoje se determinar com precisão sua atuação sobre as bactérias e outros microorganismos. Uma das teorias mais difundidas se refere à reação do ácido hipocloroso (HOCL), com um sistema enzimático (possivelmente sobre triosefosfato dihidrogenase) que éessencial na oxidação da glucose processo este muito importante para o metabolismo celular bacteriano.
    Comprovadamente o ácido hipocloroso exerce maior ação desinfetante que o íon hipoclorito (OCL-), o que se explica pela maior facilidade de penetração do ácido através da parede celular, por ser uma molécula pequena e neutra. O íon hipoclorito por sua vez tem maior dificuldade em atravessar a parede celular e atingir o sistema enzimático em função da sua carga negativa. Portanto, é possível que a maior dificuldade na eliminação das formas esporuladas se deva à resistência a penetração do agente desinfetante oferecido pelo seu envoltório de proteção.
    A necessidade de dosagens mais elevadas de cloro para a destruição de vírus favorece a teoria de que a ação bactericida se dê por ação enzimática, sendo os vírus desprovidos de enzimas a sua destruição só é possível por oxidação direta da matéria protéica, o que exige muito mais cloro.
    Toda desinfecção deverá ser controlada por análises bacteriológicas e, para uma ação operacional mais rápida, também através da determinação do teor de cloro residual. Para garantia da desinfecção e uma prevenção a futuras contaminações a Portaria 36/90 do Ministério da Saúde recomenda concentração mínima de 0,2 mg/l de cloro livre em qualquer ponto da rede de distribuição.

 O cloro como agente oxidante
     Desde o primeiro registro do uso do cloro como agente desinfetante para água, em 1896 (Base naval Austro-Húngara de Pola, no mar Adriático); o uso do cloro se disseminou por todo o mundo e hoje 90% das estações de tratamento de água o utilizam. É um monopólio tradicional que nenhum outro produto jamais conseguiu ou igualou.
    Nos últimos anos, tem-se testemunhado o crescimento vertiginosono consumo de cloro por parte das empresas de saneamento para fazer frente às diversas ameaças epidêmicas, desde a cólera à dengue.
    O cloro não só é um grande desinfetante eficaz, como também possui uma ação oxidante comprovada. Assim sendo é empregado no tratamento da água também para outros fins como: oxidação de ferro e manganês, remoção de H2S, controle de odor, cor, sabor, remoção de algas etc.
  
Presença de THM em água clorada
     O aumento da poluição dos mananciais, principalmente por compostos orgânicos, provocou uma grande preocupação em se verificar os efeitos causados pela presença destas substâncias na água destinada ao abastecimento público.
Constatou-se que uma grande parte destes compostos orgânicos mesmo em pequenas concentrações, pode provocar problemas de ordem estética e, alguns podem gerar efeitos sérios e irreversíveis sobre o consumidor em função de seu potencial tóxico.
     A Environmental Protection Agency (EPA) publicou em 1977 um relatório com o resultado de uma pesquisa efetuada em 113 sistemas de abastecimento, procurando detectar a concentração de 27 compostos orgânicos suspeitos de causar problemas a saúde da população. Dentre estes, 27 compostos verificaram a presença de quatro tipos de trihalometanos, os quais foram detectados em todas as águas que recebiam cloro como desinfetante e em concentrações superiores aos demais contaminantes organo-sintéticos.
     Os THMs constituem um grupo de compostos orgânicos que, como indica seu nome, se consideram derivados do metano (CH4) em cuja molécula três de seus quatro átomos de hidrogênio foram substituídos por um igual número de átomos dos elementos halógenos (cloro, bromo e iodo). Estes três átomos dehidrogênio podem estar substituídos por uma só classe de halógenos como é o caso do triclorometano ou clorofórmio, ou por dois diferentes elementos formando o bromodiclorometano ou por cada um dos três como se observa no iodobromoclorometano. Alguns do grupo possuem nomes especiais: clorofórmio, bromofórmio e iodofórmio. Ainda que para ser denominados sejam vistos como precedentes do metano, este gás nada tem a ver com sua formação real nas águas que são desinfetadas com cloro; pois neste meio eles se originam a partir de produtos orgânicos muito mais complexos que o metanol, que são de ocorrência comum nas águas superficiais, os chamados ácidos húmicos e fúlvicos.
     Estas substâncias são derivadas da decomposição da matéria orgânica vegetal, sendo constituídas de mistura de polímeros com estruturas aromáticas heterocíclicas, grupos carboxila e nitrogênio. São denominadas "precursores de trihalometanos" e em geral só tem significado sanitário devido à formação dos THMs.
     Dados de laboratórios demonstram que algas verdes e algas verdes-azuis (biomassa de algas e seus produtos extracelulares) reagem também com cloro, produzindo THMs.

 Estruturas químicas dos THMs
Triclorometano ou clorofórmico
Bromodiclorometano
Iodobromoclorometano
Dibromoclorometano
Tribromometano ou bromofórmio


Principais características físicas e químicas dos THMs
    Os trihalometanos são, em estado puro, substâncias líquidas (clorofórmio, bromofórmio) ou sólidas (iodofórmio) à temperatura ambiente (10 a 30ºC); de odor característico (uns agradáveis e outros repulsivos); pouco solúveis em água, mas muito solúveis em diluentes orgânicos.
     Relativamente ao comportamento químico dos THMs, pode-se dizer que são compostos estáveis, não facilmente oxidáveis e não diretamente combustíveis, não-inflamáveis.
Estão ainda em estudos métodos de análise por reação colorimétrica que apresentem suficiente sensibilidade para detectá-los e medi-los.
     As propriedades assinaladas dos THMs nos indicam que sua eliminação da água por uma aeração somente é eficaz nos casos dos mais voláteis e que, uma vez formados durante a cloração sua decomposição é difícil, apresentando resistência à oxidação mesmo por agentescomo o ozônio.
  
Mecanismo de formação na cloração das águas
      A formação dos THMs durante a desinfecção da água com cloro livre obedece a um complicado mecanismo pelo qual as espécies químicas que o halógeno (cloro, bromo e iodo) forma com a água, reagem com os derivados do húmus que este meio normalmente contém.
     Tem-se trabalhado muito para tentar se estabelecer a complexidade e as características das substâncias húmicas e fúlvicas e assim elucidar os detalhes de sua combinação com o cloro.
Devido à complexidade dos precursores orgânicos e às diversas maneiras possíveis de reação, a química do aparecimento dos THMs nas águas não está bem esclarecida.
     O que se pode assegurar é que para a formação dos THMs nas águas se requer, pelo menos, a presença do cloro livre e dos precursores orgânicos. Quando um destes fatores não existir a reação não ocorre. A equação química geral que representa a sua produção seria a seguinte:


Principais fatores que influem no seu aparecimento nas águas

     Os fatores mais importantes que afetam a cinética da reação e, em alguns casos, o produto final podem ser:

- Efeito do tempo
     A formação dos THMs em condições naturais não é instantânea. Em algumas circunstâncias a sua formação pode completar-se em menos de uma hora, em outra situação é possível que se exijam vários dias antes de que ocorra a máxima produção de THMs.
     A reação se faz menos lenta quando aumenta a temperatura ou o pH, e em presença de brometos. Uma grande parte dos THMs que chega ao consumidor são produzidos no sistema de distribuição onde o contato do cloro livre com os precursores ocorre por um longo período de tempo.

- Efeito da temperatura
     Existe uma dependência típica da temperatura que, a cada 10º C de incremento, eleva ao dobro a taxa de formação de THM. As variações sazonais, no que se refere a produção de THM, observada em estações de tratamento que utilizam a mesma fonte de água são, em grande parte, efeito da temperatura.

- Efeito do pH
     Foi comprovado que a taxa de formação de THM depende do pH. Em geral a formação se eleva com o incremento do valor de pH para as reações entre o cloro livre e a maioria dos precursores apesar de se ter observado algumas exceções.
     Os resultados de várias investigações têm mostrado uma forte dependência do pH; um incremento do triplo da formação, por cada unidade do aumento do pH. Esta elevação na taxa de produção dos THMs era de se esperar já que uma das maneiras de explicar a aparição dos mesmos, a reação clássica dos halofórmios, é acrescentada por bases.
     Tem-se insinuado uma explicação para o efeito do pH. Uma macromolécula do precursor húmico, simplesmente se abrevia pela mútua repulsão das cargas negativas a níveis altos de pH; incrementando assim a disponibilidade de posições ativas adicionais na molécula do precursor.

- Efeito dos bromatos
     É um fato comprovado que os bromatos têm uma ação acentuada na formação dos THMs, manifestou-se que o bromato afeta tanto a taxa de reação quanto a quantidade total de THM.
     O efeito do bromato na cinética da reação dos trihalometanos não está bem esclarecido. O mecanismo aceito, pelo qual o bromato participa na reação incluia oxidação do bromato a bromo e ácido hipobromoso, os quais por sua vez reagem com os precursores orgânicos. O bromo competiria mais efetivamente que o cloro pelas posições ativas das moléculas húmicas precursoras.
     Pelo que se observou, se conclui que o bromo supera o cloro na formação dos THMs.


- Efeito da dosagem e tipo de cloro
     Tem se sustentado que os THMs se originam mediante a conhecida "reação do halofórmio" que teria lugar entre o cloro livre e os compostos orgânicos precursores. Este ponto de vista está muito controvertido atualmente. Tem-se demonstrado que a reação pode ocorrer por mecanismos distintos aos da reação do halofórmio.
     Pode-se ter em conta que qualquer oxidante usado para desinfecção da água atuará reciprocamente com os produtos químicos já presentes na água bruta para formar outros produtos indesejáveis que podem aparecer na água tratada. Por conseqüente, algo fundamental na potabilização das águas é eliminar ao máximo os precursores antes da adição do oxidante para reduzir ao mínimo a demanda do desinfetante e a possível formação de subprodutos nocivos.

O controle dos THMs nas águas dos sistemas públicos de abastecimento

     Com relação ao controle da concentração dos precursores na água bruta (potencial de clorofórmio), investigou-se as técnicas de coagulação, sedimentação e uso de pó absorvente e carvão ativado granular. Para a remoção do clorofórmio depois de formado, as pesquisas dirigiram-se principalmente para o emprego do carvão ativado granular, pó absorvente e aeração.
     O emprego do carvão ativado granular é a melhor técnica entre todas asopções para controlar eficazmente tanto a remoção das substâncias orgânicas como os trihalometanos.
Compete aos responsável pelo serviço de água avaliar a capacidade operacional do processo de tratamento e apurar quais as medidas a serem tomadas na coagulação/decantação para obter melhores resultados na remoção dos THMs. Isto pode incluir a necessidade de aprimorar a coagulação/floculação executando com maior freqüência o ensaio de jar-test e assim variar a dose ou o tipo de coagulante para uma determinada qualidade de água, modificando ainda o ponto de aplicação do cloro para locais com baixo conteúdo de matéria orgânica. As experiências demonstram que a adoção desta prática diminui consideravelmente a concentração dos THMs na água de consumo humano. Portanto, o responsável pela unidade de tratamento de água deve avaliar a possibilidade de alterar o ponto de aplicação de cloro, mas sem prejuízo da segurança bacteriológica da água a ser consumida.

Formas de análise dos THMs

     Atualmente dispõe-se de várias técnicas para a identificação e medição dos THMs dentro dos limites baixos de microgramas por litro.
     A mais popular das técnicas de quantificação é a da purga e seqüestro, que foi aperfeiçoada pela Agência de Proteção Ambiental (EPA). Outra técnica é a extração por solvente. A última é consideravelmente mais simples e facilmente adaptável à amostragem automática. Devido justamente ao seu baixo custo, a técnica de extração por solvente é a escolhida para análises de rotina de THMs. Foi demonstrado que as duas técnicas são de exatidão comparáveis.
     Ambas as técnicas requerem a cromatografia a gás como etapa final da análise, a técnica de purga e seqüestro inclui a remoção dos THMs da amostra de água mediante o uso de gás inertecomo o hélio e a absorção dos mesmos numa resina. Esta é aquecida e o gás faz fluir dentro do cromatógrafo para a separação e quantificação dos THMs. A extração com solvente inclui simplesmente o tratamento da amostra com um solvente de baixo ponto de ebulição, como o tolueno ou o hexano para que os THMs passem ao solvente. Em seguida se injeta o extrato no cromatógrafo de gás para a separação e quantificação dos trihalometanos individuais.

Efeitos sobre a saúde
     Tem-se demonstrado que o clorofórmio é absorvido rapidamente pela mucosa intestinal quando, contido na água e esta é consumida. Distribui-se através dos tecidos corporais, concentrando-se nas membranas lipídicas e se acumula nos tecidos adiposos com uma longa vida de resistência média. Seu metabolismo tem lugar no fígado e, principalmente, em menor proporção nos rins e outros tecidos. Esta biotransformação, se ocorre, pode convertê-lo em dióxido de carbono, íon cloreto e outros metabólicos não identificados.
     Dados toxicológicos demonstram que o clorofórmio, em dose elevada, é um carcinógeno nos roedores (ratos e ratazanas). Como o metabolismo destes animais é qualitativamente semelhante ao do homem, se suspeita que seja também um carcinógeno humano. Estudos epidemiológicos sugerem igualmente este risco.
Investigações recentes assinalaram uma correlação positiva entre os níveis de clorofórmio na água e os carcinomas da bexiga e do intestino baixo.
     Vistos em conjunto aos estudos epidemiológicos, proporcionam evidência suficiente para manter a hipótese de que a presença do THM nas águas potáveis representa um risco para a saúde já que podem estar incrementando a mortalidade por câncer. Em conseqüência, devido à existência de perigo potencial para o homem, os níveis de clorofórmio naágua devem reduzir-se tanto quanto permitam as possibilidades tecnológicas e econômicas, tendo em conta a utilização de métodos que não comprometam a proteção quanto enfermidades infecciosas transmitidas pela água.
     Pelas circunstâncias observadas a Agência de Proteção Ambiental (EPA) fixou um limite máximo de 0,1 mg/l (100 ug/l) de THM nas águas de abastecimento e no Brasil, somente com a portaria 36/90 aprovada pelo Ministério da Saúde, é que se determinou o valor máximo permissível, portanto o nível de segurança assumido pela Organização Mundial da Saúde é de 100 microgramas por litro para concentração de THM totais (sendo este valor a soma das concentrações de clorofórmio, dicloroetano, dibromocloroetano e bromofórmio).
Quando a Agência de Proteção Ambiental (EPA) dos EUA fixou este limite, do clorofórmio e outros trihalometanos na água para consumo humano, agiu dentro de uma filosofia que levou em conta a possibilidade potencial da substância estar ocasionando danos à saúde das pessoas submetidas a uma exposição crônica por toda uma vida gerada pela ingestão de clorofórmio, mesmo à baixa concentração.
     De concreto, sabe-se que até agora não se identificou nenhum efeito tóxico observável à exposição com certa duração proveniente do clorofórmio existente comumente em pequenas concentrações no ar, alimentos ou na água dos sistemas públicos de abastecimento.
     Fatos mais recentes, com relação a problemas decorrentes de um suposto aparecimento de THMs acima dos níveis recomendados pela Portaria 36/90 do MS levaram a Fundação Nacional de Saúde (Funasa) a avaliar a qualidade de água fornecida pela Sanepar à população de Curitiba e Região Metropolitana. A Funasa realizou visitas técnicas aos sistemas da Sanepar e coletas de amostras no sistema distribuidor em parceria com a equipe da Vigilância Sanitária da Secretaria de Saúde do Estado do Paraná, e outras entidades.
     Após a avaliação dos resultadosdas amostras coletadas, o relatório emitido pela Funasa conclui que foram detectados baixos níveis de THMs.
O maior problema da água de Curitiba está associado à vulnerabilidade ambiental de seus mananciais.
     Em busca de melhoria na qualidade da água bruta foi definida a criação de um grupo interdisciplinar que deverá elaborar e implementar um plano de trabalho com metas de curto, médio e longo prazo para a recuperação ambiental da bacia hidrográfica. Fazem parte deste grupo representantes da sociedade, dos setores de saúde e meio ambiente entre eles Instituto Ambiental do Paraná (IAP), Ordem dos Advogados do Brasil (OAB/PR), Conselho Regional de Engenharia (Crea), Associação Brasileira de Engenharia Sanitária (Abes), Empresa Paranaense de Assistência Técnica e Extensão Rural (Emater), Sanepar, secretarias estaduais e municipais de Saúde, de Meio Ambiente, comitês de bacia.
     O relatório emitido pela Funasa é enfático ainda em assegurar que "segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS) os estudos epidemológicos existentes ainda não permitem concluir que os THMs sejam cancerígenos para o homem. A National Academy of Sciences, ao avaliar uma revisão de 13 estudos epidemiológicos chegou à conclusão que não existem informações suficientes para admitir uma associação entre a presença de THMs em água e o desenvolvimento de câncer em seres humanos. O índice encontrado em Curitiba foi menor que 10 miligramas por litro", controle este que vem sendo periodicamente realizado pela Secretaria de Estado de Saúde em amostras coletadas nos sistemas da Sanepar.
     Para a Sanepar as recomendações da Funasa contidas no relatório são extremamente positivas. A empresa concorda ainda que cabe a cada órgão atuar dentro de suas competências permitindo avaliar as pressões antrópicas exercidas sobre os mananciais de abastecimento. A degradação ambiental dos mananciais de Curitiba não é provocada pela Sanepar, ao contrário, a Empresa como usuária dos recursos hídricos sofre diretamente as conseqüências do comprometimento da qualidade da água dos rios. Prova disto, é a geração de pequenas quantidades de THMs.

Outras alternativas de desinfecção
    Uma das grandes preocupações das autoridades sanitárias é que, na tentativa de diminuir a concentração dos THMs atribuída à prática de cloração, venham a ser adotadas técnicas de desinfecção que ofereçam menor segurança a uma eventual contaminação da água. Nos estudos sobre o emprego de outros desinfetantes foram utilizadas as aplicações com ozônio, dióxido de cloro e cloraminas, estes três desinfetantes não produzem trihalometanos, embora eles possam provocar o aparecimento de outros subprodutos ainda não identificados e cuja toxicidade é desconhecida.

Variação do desinfetante
   Apresenta-se aqui algumas das características e ações destes produtos usados como alternativas de desinfecção da água nos processos de tratamento.

Ozônio
     O ozônio é uma forma alotrópica do oxigênio com odor peculiar, muito volátil, pouco solúvel na água, decompondo-se facilmente a temperaturas elevadas. Devido à sua baixa estabilidade, a produção do ozônio tem que ser efetuada no próprio local da aplicação, exigindo investimentos elevados nas instalações, além de um consumo de energia elétrica variando entre 25 KWH até 35 KWH por grama de ozônio.
     A utilização do ozônio apresenta vantagens e desvantagens tais como:

Vantagens:

• Ele é um poderoso oxidante que atua rapidamente sobre a matériaorgânica.
• A sua ação desinfetante é efetiva numa grande faixa de variação de temperatura.
• A sua ação bactericida esporicida é rápida e maior que todos os outros agentes conhecidos. Dizem ser de 300 a 3.000 vezes maior e mais rápida do que a do cloro e só necessita de pequenos períodos de contato.
• Não são gerados nem intensificados odores porque não há formação de complexos de adição e substituição.
• Pode ser usado para remoção de pesticidas ou outras substâncias orgânicas, tais como: detergentes sintéticos, herbicidas, etc.
• Na sua decomposição na água, produz unicamente oxigênio.
• Seu poder oxidante não é afetado pelo pH da água.

Desvantagens:

• O ozônio é um gás muito venenoso; sendo a sua concentração máxima permissível na atmosfera de 0,1 mg/m3.
• Não apresenta odor e nem cor perceptível, tornando-se assim, muito perigoso.
• Não deixa resíduo para uma ação desinfetante posterior.
• Requisitos de energia elétrica, custo, instalação e operação são altos, cerca de 10 a 15 vezes maiores que para o cloro.
• A mistura ozona-ar produzida pela necessária geração própria ao ponto de aplicação é apenas pouco solúvel na água e a produção se torna complicada quando a temperatura e a umidade são elevados.
• O processo é menos flexível do que o cloro para um ajuste de dosagem no caso de variação de vazão e qualidade da água.
• Não existem técnicas analíticas suficientemente específicas ou sensíveis para o controle imediato e eficiente do processo.
• As águas com alto teor de matéria orgânica (principalmente algas) exigem um pré-tratamento para satisfazer a demanda de ozona.
     Em resumo, o ozônio é um bom método de desinfecção e de controle de odor e sabor da água. Infelizmente, o custo do equipamento é muito mais elevado do que os cloradores convencionais e a despesa com a eletricidade necessária para a sua produção é maior do que a empregada na aquisição de doses equivalentes de cloro liquefeito.
     Entre as dificuldades aqui colocadas quanto à ozonização das águas de abastecimento público destaca-se como grande inconveniente do ozônio a sua impossibilidade de produzir um residual que previna eventual contaminação do sistema, além dos subprodutos que ocasionalmente podem vir a ser identificados. Isso é muito importante, principalmente para os nossos sistemas distribuidores que possuem regiões operando com baixa pressão e sujeitos às conseqüências da pressão negativa. Contudo, numa hipótese de que este problema fosse sanado, a presença de um residual é sempre uma exigência de lei para garantir a saúde do consumidor. Portanto, se a utilização do ozônio exige a adição do cloro para se ter um residual, este reagirá com os precursores orgânicos dos trihalometanos e então pouco progresso é obtido.

Dióxido de cloro 
     O dióxido de cloro é um gás muito oxidante e que não pode ser transportado como cloro no estado líquido, necessitando que sua fabricação se faça no local do emprego (figura 1).
     Os investimentos da instalação produtora de dióxido de cloro são elevados e somente justificáveis para uma produção superior a 1 tonelada por dia. A fórmula química do dióxido de cloro é ClO2, constituindo-se num oxidante energético que possui propriedades bactericidas, esporicida e viruslicidas, podendo também, em alguns casos destruir os compostos orgânicos nocivos e oxidar os compostos redutores tais como: sulfatos ou óxidos metálicos. A ação bactericida do dióxido de cloro tem sido objeto de numerosos estudos, demonstrando-se que permite uma rápida eliminação das bactérias numa gama de pH superior ao do cloro. Para o caso de águas ligeiramente alcalinas, a velocidade de esterilização do dióxido de cloro é superior àquela do cloro.
     Enfim, o dióxido de cloro tem uma estabilidade muito maior que o cloro e sobretudo maior que o ozônio. Assim, uma água tratada com 0,35 ppm de ClO2 e conservada na obscuridade a 20º C contém ainda, após 48 horas de 0,20 a 0,25 ppm do agente desinfectante. O cloro, nas mesmas condições praticamente desaparece, ao fim de algumas horas e o ozônio por seu lado, tem uma estabilidade de 20 minutos no máximo.
     O ClO2 se mostra particularmente vantajoso quando a água deva ficar durante um tempo mais ou menos longo nas redes de distribuição para manter uma qualidade bacteriológica.
As primeiras aplicações do dióxido de cloro no tratamento das águas tiveram por objetivo a destruição de sabor resultante da presença de traços de fenóis ou de seus compostos clorados. Mellen, F. N. citou que seu custo em relação ao cloro é elevado, atingindo proporções, como no caso da Holanda, 17 vezes superior ao cloro.

     O interesse da ação do dióxido de cloro sobre os microorganismos foi colocado em evidência pelas estações de tratamento de água potável na região de Paris, onde o pré-tratamento com dióxido de cloro é aplicado desde 1953. Este pré-tratamento elimina não somente odor e sabor ofensivos aos sentidos, como melhora o estado e a duração da vida dos filtros impedindo a proliferação dos microorganismos.
     Por outro lado, além de não estar ainda comprovada a sua eficiência na redução dos trihalometanos, o dióxido de cloro tem, como vantagem, propiciar um residual ao longo do sistema distribuidor.
     Não obstante, como na ozonização da água, além dos elevados investimentos requeridos, também se desconhece a eventual formação de subprodutos e sua toxicidade.

Cloraminas 
     O cloro, sob a forma de ácido hipocloroso, reage com a amônia presente na água formando as monocloraminas, dicloraminas e tricloreto de nitrogênio. As reações ocorrem mais rapidamente em valores de pH mais baixo, onde a concentração do ácido hipocloroso não dissociado é mais elevada, conforme as equações:

     A ação bactericida das cloraminas é muito menor do que o cloro livre, dissociado ou não. Para um pH de 8,5 onde mais de 85% do ácido hipocloroso seapresenta dissociado, o efeito bactericida deste último é pelo menos 25 vezes maior do que o cloro combinado ou cloramina.
     Estudos mais recentes confirmam que é necessário um tempo de contato das cloraminas de aproximadamente 100 vezes superior, para inativar as bactérias do grupo coliforme para uma mesma concentração de cloro livre. Por esta razão as cloraminas não são recomendadas para serem utilizadas como um único desinfetante da água dos sistemas públicos de abastecimento, apesar de não produzir trihalometanos. Devido ao seu baixo poder bactericida, a cloramina não deve ser então usada exclusivamente, sendo necessária a adição de cloro para produzir um residual livre, podendo haver a formação dos trihalometanos.
     Em resumo, as pesquisas parecem indicar que a substituição do desinfetante talvez não seja a solução mais recomendada ou mesmo prudente para eliminar os THMs, ou seja, não se pode incorrer no risco de substituir um problema por outro.
     A substituição do cloro por outro desinfetante da água pode trazer muito mais riscos do que benefícios, pois, deve-se ter em conta que a queda das doenças transmissíveis pela água somente foi alcançada com o emprego da técnica da cloração.
     O uso do ozônio, dióxido de cloro e cloraminas reduz grandemente a formação dos THMs. Não obstante seus custos elevados, a impossibilidade técnica do ozônio manter um residual, ao longo do sistema distribuidor, as dificuldades do emprego do dióxido de cloro e cloraminas sem excesso do cloro residual, o desconhecimento de eventuais subprodutos formados e a sua toxicidade, comprometem a decisão pela troca do desinfetante.


Conclusões

A formação de trihalometanos em função da cloração da água é conhecida desde 1974 e por isso controlada. A Portaria n.º 36 de 19.01.90, do Ministérioda Saúde, que regulamenta a qualidade de água destinada ao consumo humano, limita o teor de trihalometanos em 100 microgramas/litro.

A Portaria n.º 1469, de 29 de dezembro de 2000 do Ministério da Saúde, mantém este valor. Para que haja formação de trihalometanos, o manancial de água bruta deve ter a presença dos chamados agentes precursores, sendo estes compostos orgânicos naturais que compõem o húmus da Terra.
Sabe-se que a exposição ao clorofórmio, um dos principais THMs, nas concentrações encontradas, parece não ocasionar efeitos agudos à saúde humana. Todavia, as evidências toxicológicas e epidemiológicas, à luz das informações científicas disponíveis, induzem a admitir que estas substâncias constituem num risco à saúde humana em períodos de exposição com longa duração.
A tarefa dos profissionais encarregados de regulamentar este controle é de maximizar a proteção à saúde pública através do gerenciamento entre os riscos microbiológicos e os riscos dos contaminantes químicos na água potável. Para isso torna-se imprescindível a adoção de amplos programas de apoio tecnológico, que induzam a ações racionais em sintonia com a capacidade de resposta da estrutura de saneamento existente, para que se aprofundem as pesquisas sobre os THMs e as melhores alternativas de desinfecção para as águas de abastecimento público.


Referências

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HESPANHOL, I. Remoção de compostos orgânicos em águas de consumo humano. Revista DAE, São Paulo, v. 40, p.34-44, nov. 1980.

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MACEDO, L. H. H.; NOGUTI, M.; ABE, H. Y. Estudo dos trihalometanos. Revista
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Fonte: www.sanepar.com.br