La ingente cantidad de contaminantes procedentes de las actividades industriales representa una amenaza para el equilibrio ecológico y medioambiental.
Compuestos orgánicos clorados, hidrocarburos aromáticos policíclicos, pesticidas, dioxinas, tintes industriales y otros xenobióticos están entre los contaminantes más significativos a nivel industrial.
Una gran variedad de estos xenobióticos son sustratos para diferentes tipos de enzimas, consecuentemente, susceptibles a la transformación enzimática.
Lacasas
Las enzimas son proteínas especializadas en la catálisis de las reacciones biológicas, esto significa que aceleran la transformación de un compuesto orgánico en otro, y son producidas por un gran número de microorganismos y plantas.
Las enzimas se clasifican en seis grupos en función del tipo de reacción que catalizan y, prácticamente en todos ellos existen enzimas que son utilizadas actualmente en procesos industriales:
El método enzimático es un tratamiento biológico que tiene por objetivo mejorar el efluente hídrico, a través del suministro de enzimas para la disminución o eliminación de toxicidad del agua mediante la transformación de los contaminantes.
Consiste en la obtención, manipulación y modificación de enzimas para su aplicación y utilización con fines industriales en diversos campos.
Estas enzimas pueden ser incorporadas en el tratamiento y depuración de aguas por uso:
Muchas de estas enzimas catalizan una gran variedad de reacciones. Antes de querer extraer una enzima de alguna fuente se debe tomar en cuenta para qué se va a utilizar esta enzima.
Además, se necesitará de un determinado método de obtención, determinar la concentración de las enzimas para establecer si la fuente utilizada es viable.
Cada tipo de enzima puede ser capaz de degradar contaminantes específicos y catalizar reacciones químicas. Por lo tanto, ciertas enzimas pueden tratar solo ciertos tipos de contaminantes orgánicos.
Sustratos tales como fenoles, clorofenoles, fenoles metilados, bifenoles, anilinas, bencidinas y otros heterocíclicos compuestos aromáticos que se encuentran bajo condiciones diluidas y son menos sensibles a perturbaciones operacionales, también pueden ser tratados por enzimas.
Emplear enzimas en el tratamiento de las aguas residuales de origen industrial plantea múltiples beneficios:
Uno de los mayores retos a los que ha de enfrentarse la industria textil es el procesamiento de sus efluentes con altas cargas de contaminantes, los cuales representan un problema ambiental, debido a que contienen, entre otras sustancias químicas, remanentes de los colorantes empleados en la tintura de los tejidos.
En los procesos de tintura textil encontramos compuestos orgánicos como fenoles, fenoles clorados, compuestos aromáticos y en ciertos colorantes se utilizan principalmente las enzimas peroxidasas y las lactasas.
Este tipo de compuestos dificulta su eliminación con métodos convencionales de tratamiento de aguas residuales, debido a que la mayoría de los sistemas basados en tratamientos físico químico son costosos y requieren de gran cantidad de energía y reactivos.
En esta línea, la biotecnología ofrece una alternativa de tratamiento y depuración de aguas residuales.
Estas enzimas por su capacidad para catalizar reacciones en presencia de peróxidos, como peróxido de hidrógeno y polimerizar fenoles y compuestos aromáticos, han sido extraídas por métodos exitosos.
Una de las ventajas del método enzimático es que, además de que catalizan la decoloración, se puede alcanzar la completa mineralización del colorante.
Por otra parte, existe un gran número de microorganismos que son capaces de degradar y eliminar el color de las aguas residuales mediante diferentes mecanismos, tales como la bioadsorción, la biodegradación aeróbica o anaeróbica y la producción.
Las lacasas son enzimas con actividad fenoloxidasa, pertenecientes al grupo de las oxidorreductasas multicobre, caracterizadas por poseer átomos de cobre en su centro activo.
Presentan gran especificidad para un importante número de compuestos no biodegradables, presentes en los afluentes de los procesos textiles, por lo cual se empezó a utilizar en tratamientos de efluentes industriales.
La actividad enzimática de la lacasa cataliza la oxidación de varias sustancias aromáticas e inorgánicas (en particular fenoles) con la reducción concomitante de oxígeno al agua. También, es capaz de eliminar los fenoles a través del proceso de polimerización. Funciones que corroboran el interés biotecnológico de la misma.
Un ejemplo a escala de laboratorio de esto es la degradación bacteriana del tinte índigo carmín, el cual puede ser transformado a través de la transferencia de electrones de la lacasa y por descarboxilación a un metabolito, como producto estable final de oxidación (Figura 2).
La función de la lacasa es incrementar la susceptibilidad del tinte hacia el ataque hidrolítico por el agua.
Imagen 1. Efluente de EDARI de industria textil (Tonella, Italia), se puede apreciar la coloración producto de la mezcla de tintes textiles presentes en el proceso industrial, posible piloto para el sistema Smart Doser Unit (SDU) de Amapex.
El SDU es un dispositivo activador y dosificador inteligente del principio activo, en este caso enzimas para el tratamiento de aguas residuales, que ha sido diseñado y fabricado bajo supervisión de Amapex.
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