ISSN 2318-4752 – Volume 1, N1, 2013

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BIORREMEDIAÇÃO DE COMPOSTOS RESIDUAIS DE PETRÓLEO NO SOLO EM ECOSSISTEMAS IMPACTADOS POR DERRAMES

PETROLÍFEROS

BIOREMEDIATION COMPOUNDS OF RESIDUAL OIL IN SOIL ECOSYSTEM IN IMPACTED BY OIL SPILLS

FLÁVIO HENRIQUE FERREIRA BARBOSA

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RESUMO A Biorremediação é o processo pelo qual organismos vivos tais como, microrganismos, fungos, plantas, algas verdes ou suas enzimas são utilizados para reduzir ou remover - remediar - contaminações no ambiente. Utilizando processos biodegradáveis para tratamento de resíduos este processo é capaz de regenerar o equilíbrio do ecossistema original. Especificamente, a biorremediação atua através da introdução de processos biológicos adicionais para a decomposição dos resíduos que favorecem e incrementam a velocidade do processo natural de degradação. A Biorremediação pode ser empregada para atacar contaminantes específicos no solo e águas subterrâneas, tais como a degradação de hidrocarbonetos do petróleo e compostos orgânicos clorados pelas bactérias. Em vista da eficiência comprovada da biorremediação na degradação de compostos tóxicos ao ser humano, como o benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos (BTEX), diversas empresas, principalmente as relacionadas com consultorias e remediação ambiental, têm despertado grandes interesses pela implantação da biorremediação como opção para a reabilitação de áreas contaminadas. Palavras-chave: Biorremediação, Contaminação, Hidrocarbonetos, Petróleo. ABSTRACT Bioremediation is the process by which living organisms such as microorganisms, fungi, plants, green algae and their enzymes are used to remove or reduce - remedy - contamination in the environment. Using procedures biodegradable waste treatment process that is capable of regenerating the original balance of the ecosystem. Specifically, bioremediation operates by introducing additional biological processes for the decomposition of waste that favor and increase the speed of the natural process of degradation. The bioremediation can be used to address specific contaminants in soil and groundwater, such as degradation of petroleum hydrocarbons and chlorinated organic compounds by the bacteria. In view of the proven effectiveness of bioremediation to degrade toxic compounds to humans, such as benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes (BTEX), many companies, especially those related to environmental consulting and remediation , have aroused great interests for the implementation of bioremediation as option for the rehabilitation of contaminated areas.

Keywords: Bioremediation, Contamination, Hydrocarbons, Oil.

ISSN 2318-4752 – Volume 1, N1, 2013

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1. INTRODUÇÃO

Biorremediação: ato de remediar. Consiste

em recuperar águas ou solos contaminados.

Emprega-se um produto novo, totalmente natural,

provocando a extração para compostos voláteis,

este possui o poder da oxidação lenta. Composto

formado por bio-reação. Na atenuação natural a

possibilidade de saturação do solo é muito ampla

em se tratando de Hidrocarbonetos, portanto é bem

provável que se utilize outras substâncias. As

substâncias inorgânicas são nocivas ao meio

ambiente, contaminando o subsolo com outros

componentes que não existiram anteriormente.

O processo de biorremediação se dá pelo

fato de microrganismos, como as bactérias,

utilizarem substratos orgânicos e inorgânicos, como

exemplo o carbono como fonte de alimentação.

Desta forma, convertendo os contaminantes em

CO2 (dióxido de carbono) e H2O (água), durante

séculos, por exemplo, a desalinização do solo de

agricultura pela fitoextração.

As tecnologias de Biorremediação podem

geralmente ser classificadas como "in-situ" ou "ex-

situ". A Biorremediação "in-situ" envolve tratar o

material contaminado no próprio local, enquanto a

"ex-situ" consiste na remoção do material

contaminado para tratamento em local externo ao

de sua origem. Entretanto, nem todos os

contaminantes são facilmente tratados pela

biorremediação. Por exemplo, os metais pesados

tais como o cádmio e o chumbo não são absorvidos

nem capturados prontamente pelos microrganismos,

porém, podem ser transformados em compostos

menos perigosos. A assimilação dos metais tais

como o mercúrio na cadeia alimentar pode agravar

o caso.

Por ser um processo natural promove um

tratamento adequado ao meio, seu custo é

relativamente baixo quando comparado à outras

alternativas convencionais de tratamento de

resíduos sólidos. Não obstante, para se obter

elevado rendimento no processo, é necessário se

determinar quais são as condições que favorecem a

atividade microbiana, como por exemplo: meio

anóxico, teor de nutrientes elevado, tempo de

retenção, atividade enzimática, temperatura, pH, e

inóculo aclimatado ao meio tóxico, sendo assim

capaz de tratá-lo adequadamente.

Como se observa, inicialmente a matéria

orgânica do lixo é atacada por bactérias formadoras

de ácidos. Como resultado dessa primeira fase,

ácidos graxos, açúcares e outros compostos

orgânicos de baixo peso molecular são produzidos.

Em seguida, na segunda fase, os ácidos são

consumidos por bactérias formadoras de metano

(metanogênicas), onde o CH4, CO2 e H2O são os

produtos finais.

Estágios do processo de decomposição

anaeróbica

- Estágio não metanogênico, onde as

reações de hidrólise iniciam o estágio não

metanogênico pela redução da matéria orgânica

complexa à compostos insolúveis menores,através

de enzimas extra celulares. Os produtos da hidrólise

incluem ácidos graxos, açúcares simples,

aminoácidos e outros compostos orgânicos de baixo

peso molecular. Durante a hidrólise os

microrganismos que participam do processo

despendem mais energia do que conseguem

ganhar. Apesar disso, aumenta a disponibilidade

energética do meio em função das alterações

sofridas pela matéria orgânica e da fonte de energia

a ser utilizada nas reações subsequentes.

Atividades tradicionais neste estágio complementam

as modificações da matéria orgânica, como a

captura de energia, formação de ácidos

orgânicos,produção de amoníaco,água e de gases

como o hidrogênio, e o dióxido de carbono.

- Estágio metanogênico, onde os

microrganismos atuantes no estágio são geralmente

bactérias do gênero Methanobacterium, habitante

comum do solo, do rúmem e dos esgotos

domésticos. Esse microrganismo obtém energia a

partir de duas reações principais: redução do pela

adição de para formar CO (monóxido de carbono),

que a partir da quebra do ácido acético ou etanóico

formam o metano e o dióxido de carbono.

Em resumo, durante a decomposição

anaeróbia, segundo o princípio de duas fases,

gases como, (azoto) e ácido sulfídrico são

produzidos por dois grupos distintos de

microrganismos, os formadores de ácidos e os

formadores de metano.

A biorremediação, associada ao aterro

sanitário celular que é uma variável do aterro

sanitário convencional, pode ser definida como uma

técnica derivada do aterro sanitário convencional,

caracterizando-se por um processo sequencial que,

fundamentado nos critérios de bioengenharia e

normas operacionais específicas, permite o efetivo

tratamento de resíduos sólidos, no solo e em seus

efluentes de líquidos e gases, em níveis primário,

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secundário e terciário, evitando a poluição do solo,

ar e recursos hídricos. No Brasil também pode ser

encontrado produtos bioremediadores, que estão

disponibilizados no mercado por algumas empresas.

1.1 A Importância do Biomonitoramento

O aumento da influência antropogênica

sobre ecossistemas diversos como resultado da

civilização conquistou o interesse público por causa

de problemas relacionados com a consequente

deterioração da qualidade do solo e da água. Vários

métodos de biomonitoramento que fornecem uma

medida direta da integridade ecológica usando a

resposta da biota a alterações ambientais têm sido

desenvolvidos para monitorar o estado ecológico

desses ecossistemas (BUSS et al., 2003; BERE,

MARTINS et al., 2008; TUNDISI, 2010).

O uso de parâmetros biológicos para medir

a qualidade do solo ou da água se baseia nas

respostas dos organismos em relação ao meio onde

vivem. Como os solos e os rios estão sujeitos a

inúmeras perturbações, sua biota reage a esses

estímulos, sejam eles naturais ou antropogênicos. A

habilidade de proteger os ecossistemas depende da

capacidade de distinguir os efeitos das ações

humanas das variações naturais, buscando

categorizar a influência das ações humanas sobre

os sistemas biológicos. Nesse contexto, a definição

de biomonitoramento mais aceita é o uso

sistemático das respostas de organismos vivos para

avaliar as mudanças ocorridas no ambiente,

geralmente causadas por ações antropogênicas

(BUSS et al., 2003; BERE, MARTINS et al., 2008;

TUNDISI, 2010).

O uso das respostas dos organismos é a

base dos índices biológicos. Bioindicadores são

espécies escolhidas por sua sensibilidade ou

tolerância a vários parâmetros, como poluição

orgânica ou outros tipos de poluentes. O termo

"resposta biológica" se refere ao conjunto de

reações de um indivíduo ou uma comunidade em

relação a um estímulo ou a um conjunto de

estímulos. Por estímulos entendemos algo que

induza uma reação do indivíduo que possa ser

percebida e medida na população ou na

comunidade (BUSS et al., 2003; BERE, MARTINS

et al., 2008; TUNDISI, 2010).

Por sua vez, os organismos integram as

condições ambientais durante toda a sua vida,

permitindo que a avaliação biológica seja utilizada

com bastante eficiência na detecção tanto de ondas

tóxicas intermitentes agudas quanto de lançamentos

crônicos contínuos. Além disso, as metodologias

biológicas são bastante eficazes na avaliação de

poluição não pontual (difusa), tendo, portanto,

grande valor para avaliações em escala regional

(BUSS et al., 2003; BERE, MARTINS et al., 2008;

TUNDISI, 2010).

Os indicadores biológicos são muito úteis

por sua especificidade em relação a certos tipos de

impacto, já que inúmeras espécies são

comprovadamente sensíveis a um tipo de poluente,

mas tolerantes a outros. Assim, índices podem ser

criados especificamente para detectar

derramamento de óleo, poluição orgânica, alteração

de pH da água, lançamento de pesticidas, entre

outros (BUSS et al., 2003; BERE, MARTINS et al.,

2008; TUNDISI, 2010).

1.2 Contaminação de Solos por Petróleo

e seus Derivados

O mundo atual está cada vez mais

dependente do petróleo e de seus derivados para a

manutenção de sua atividade industrial. Durante a

exploração, o refino, o transporte e as operações de

armazenamento do petróleo e/ou de seus derivados

podem vir a ocorrer derramamentos acidentais

ocasionando a contaminação de solos, rios, etc.

Tais ocorrências vêm motivando, principalmente, a

realização de pesquisas relacionadas com a

remediação de sítios contaminados (BENTO et al.,

2003; MARIANO et al., 2007; COSTA et al., 2009;

ANDRADE et al., 2010).

O que se tem notado, nas duas últimas

décadas, é que a poluição causada por petróleo e

seus derivados tem sido um dos principais

problemas ao meio ambiente. Quando ocorre o

derramamento de gasolina em solos, por exemplo,

uma das principais preocupações é a contaminação

das águas subterrâneas, que também podem

contaminar, especialmente, os aquíferos que são

usados como fontes de abastecimento de água para

o consumo humano. Os frequentes derramamentos

de petróleo e seus derivados registrados em solos

brasileiros vêm motivando o desenvolvimento de

novas técnicas que visam, principalmente, a

descontaminação dessas matrizes. Diante disso,

diversas técnicas, físicas, químicas e biológicas,

vêm sendo desenvolvidas para a remoção ou a

degradação in-situ ou ex-situ de petróleo derramado

e para a redução de seus efeitos sobre o

ecossistema, especialmente os tóxicos. Dentre as

técnicas desenvolvidas, a "biorremediação" vem se

destacando como uma alternativa viável e

promissora para o tratamento de solos

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contaminados por petróleo e seus derivados

(BENTO et al., 2003; MARIANO et al., 2007;

COSTA et al., 2009; ANDRADE et al., 2010).

De modo geral, a biorremediação baseia-se

na degradação bioquímica dos contaminantes por

meio da atividade de microorganismos presentes ou

adicionados no local de contaminação. Neste caso,

os tratamentos são basicamente de dois tipos: 1)

ex-situ (ou off-site), realizado fora do local onde

ocorreu a contaminação e, por isso, é um

tratamento que requer a escavação e a remoção do

solo contaminado para outro local. A adoção deste

procedimento pode resultar em um aumento

considerável do custo do processo, porém, não

obstante a essa desvantagem, é possível controlar,

com maior facilidade, as condicionantes do meio,

que são consideradas os fatores-chave utilizados no

tratamento dos solos; 2) in-situ (ou on-site),

tratamento feito no próprio local da contaminação.

Normalmente, essa opção de biorremediação torna

o processo mais atrativo e economicamente viável,

quando comparado ao tratamento citado

anteriormente. Além disso, o tratamento in-situ,

normalmente, acarreta em menores impactos

ambientais advindos da remediação da área

contaminada (BENTO et al., 2003; MARIANO et al.,

2007; COSTA et al., 2009; ANDRADE et al., 2010).

1.2.1 Principais Contaminantes de Petróleo

e Seus Derivados em Solos

Petróleo é uma substância oleosa,

inflamável, geralmente menos densa que a água,

com cheiro característico e coloração que pode

variar desde o incolor ou castanho claro até o preto,

passando por verde e marrom (castanho). Trata-se

de uma combinação complexa de hidrocarbonetos,

composta na sua maioria de hidrocarbonetos

alifáticos, alicíclicos e aromáticos, podendo conter

também quantidades pequenas de nitrogênio,

oxigênio, compostos de enxofre e íons metálicos,

principalmente de níquel e vanádio. Esta categoria

inclui petróleos leves, médios e pesados, assim

como os óleos extraídos de areias impregnadas de

alcatrão. Materiais hidrocarbonatados que requerem

grandes alterações químicas para a sua

recuperação ou conversão em matérias-primas para

a refinação do petróleo, tais como óleos de xisto

crus, óleos de xisto enriquecidos e combustíveis

líquidos de hulha, não se incluem nesta definição.

O petróleo é um recurso natural abundante,

porém sua prospecção envolve elevados custos e

complexidade de estudos. É também atualmente a

principal fonte de energia, servindo também como

base para fabricação dos mais variados produtos,

dentre os quais destacam-se benzinas, óleo diesel,

gasolina, alcatrão, polímeros plásticos e até mesmo

medicamentos. O petróleo é uma mistura complexa

que contém vários compostos, sendo que os

hidrocarbonetos representam a fração majoritária.

De acordo com a sua origem, as suas composições

químicas e as suas propriedades físicas variam de

um campo petrolífero para outro. Devido,

principalmente, à complexidade dessa mistura,

normalmente o tratamento de áreas contaminadas

por essas substâncias é bastante difícil e

problemático.

Em solos contaminados por petróleo e seus

derivados, alguns contaminantes se destacam

frente aos demais. Neste caso, de forma geral, os

compostos de interesse que exigem maior

preocupação ambiental e que, normalmente, são os

principais a serem identificados e quantificados

antes e durante um processo de remediação, são:

benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos (isômeros:

orto-, meta- e para-xileno). Esses compostos,

conhecidos também como BTEX, são definidos

como hidrocarbonetos monoaromáticos, cujas

estruturas moleculares possuem como

característica principal a presença do anel

benzênico. São usados, principalmente, em

solventes e em combustíveis e são os constituintes

mais solúveis na fração da gasolina (BENTO et al.,

2003; MARIANO et al., 2007; COSTA et al., 2009;

ANDRADE et al., 2010).

Compostos como os BTEX, constituem em

um grande problema, não somente no Brasil, mas

em todo o mundo. Esses compostos aromáticos são

tóxicos tanto ao meio ambiente como ao ser

humano, nos quais atuam como depressores do

sistema nervoso central e apresentam toxicidade

crônica mais significativa que os hidrocarbonetos

alifáticos (também presentes no petróleo e

derivados), mesmo em concentrações da ordem de

µg L-1. Daí, a importância considerável em

monitorar esses contaminantes em episódios de

contaminações (BENTO et al., 2003; MARIANO et

al., 2007; COSTA et al., 2009; ANDRADE et al.,

2010).

Em solos contaminados por petróleo e seus

derivados, além dos BTEX, geralmente, outras

classes de compostos também são alvos de

atenção, como os hidrocarbonetos policíclicos

aromáticos (HPA), os compostos orgânicos voláteis

(COV) totais e os hidrocarbonetos totais de petróleo

(HTP). Os compostos BTEX, HPA e HTP são

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escolhidos, principalmente, pela toxicidade,

mobilidade e persistência no meio ambiente; os

COV totais, por representarem o total de emissões

gasosas, como perdas por volatilização

provenientes do derramamento. Assim, qualquer

contaminação oriunda dessas fontes merece

atenção, não apenas pelo contato direto (como a

inalação de vapores) desses compostos

indevidamente dispostos no solo, mas também

quanto à sua presença em águas utilizadas para o

consumo humano (BENTO et al., 2003; MARIANO

et al., 2007; COSTA et al., 2009; ANDRADE et al.,

2010).

1.3 Tratamento do Solo

As técnicas de remediação mais

empregadas atualmente no tratamento de solos

contaminados por petróleo e seus derivados, que

são: química (oxidação química in-situ), biológica

(atenuação natural e biorremediação) e física

(extração de vapores no solo). Assim, dentre as

formas de tratamento existentes, somente a

biorremediação será descrita em detalhes.

De modo geral, deve-se salientar que cada

técnica de tratamento é dependente de vários

fatores, a saber: 1) condições físicas, químicas e

biológicas do local contaminado; 2) concentração do

contaminante e; 3) tempo requerido para a

degradação ou a remoção do composto alvo,

conforme a técnica empregada. Em todos os

processos de tratamento existe uma correlação

direta entre o tempo requerido para a remediação

da área e o custo total, usando diferentes técnicas

de remediação. A biorremediação é a técnica que

apresenta o custo de tratamento mais baixo quando

comparado às demais (COLLA et a., 2008;

JACQUES et al., 2007; JACQUES et al., 2010).

1.4 Biorremediação – a Busca pela

Solução Biológica de Problemas

A biorremediação envolve a utilização de

microrganismos, de ocorrência natural (nativos) ou

cultivados, para degradar ou imobilizar

contaminantes em águas subterrâneas e em solos.

Neste caso, geralmente, os microrganismos

utilizados são bactérias, fungos filamentosos e

leveduras. Destes, as bactérias são as mais

empregadas e, por conseguinte, são consideradas

como o elemento principal em trabalhos que

envolvem a biodegradação de contaminantes. São

definidas como qualquer classe de microrganismos

unicelulares, geralmente agregados em colônias,

que vivem em compartimentos ambientais diversos.

São importantes, em função de seus efeitos

bioquímicos e por destruírem ou transformarem os

contaminantes potencialmente perigosos em

compostos menos danosos ao ser humano e ao

meio ambiente (COLLA et a., 2008; JACQUES et

al., 2007; JACQUES et al., 2010).

No que diz respeito aos tipos de utilização

da técnica, quanto ao local de tratamento, a

biorremediação in-situ é a mais empregada no

mundo. Porém, independente do local de aplicação,

a biorremediação, assim como as demais técnicas

químicas de degradação, tem como objetivo

principal a mineralização completa dos

contaminantes, ou seja, transformá-los em produtos

com pouca ou nenhuma toxicidade (inócuos), como

CO2 e água. Em suma, os microrganismos

metabolizam as substâncias orgânicas, das quais se

obtêm nutrientes e energia. Sendo que, para que

isso ocorra, os microrganismos devem estar ativos

para desempenharem a sua tarefa de

biodegradação (COLLA et a., 2008; JACQUES et

al., 2007; JACQUES et al., 2010).

Genericamente, os microrganismos nativos

da subsuperfície podem desenvolver a capacidade

de degradar contaminantes após longo período de

exposição. Normalmente, estes seres microscópicos

se adaptam em baixas concentrações de

contaminantes e se localizam nas regiões externas

à pluma de contaminação e, muito dificilmente,

estarão presentes na fase livre (fase orgânica

concentrada). Os compostos orgânicos são

metabolizados por fermentação, respiração ou co-

metabolismo. Portanto, o processo de

biorremediação pode ser aeróbico ou anaeróbico,

requerendo oxigênio ou hidrogênio,

respectivamente. Na maioria dos locais, a

subsuperfície é carente dessas espécies (oxigênio

ou hidrogênio), o que impede os microrganismos de

se reproduzirem e degradarem completamente o

contaminante alvo. Além desses dois processos, a

biorremediação também pode ocorrer de forma co-

metabólica (COLLA et a., 2008; JACQUES et al.,

2007; JACQUES et al., 2010).

As medidas corretivas a serem adotadas em

quaisquer projetos que envolvam a biorremediação

dependem de vários fatores, dentre eles, pode-se

citar: A) os tipos e as quantidades dos

microrganismos e B) as condições físicas e

químicas do sítio contaminado (como pH, umidade,

temperatura, salinidade, teor de oxigênio e

quantidade de nutrientes). Além das condições

citadas, é de extrema importância o conhecimento

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prévio do teor de matéria orgânica, o qual pode ser

expresso pela quantidade de carbono orgânico total

no meio. Adicionalmente, foi constatado que o fator

principal que influencia na biorremediação de solos

contaminados por hidrocarbonetos de petróleo é a

atividade microbiológica. A atividade e a população

microbiana estão fortemente associadas com os

conteúdos de água e de nutriente nos solos, com as

espécies de plantas e com os tipos de

contaminantes. Além disso, a atividade

microbiológica é afetada, sobretudo, pelo valor do

pH e pela temperatura dos solos (ASSIS et al.,

2010; MARQUES et al., 2011).

A presença da vegetação sobre a área

contaminada também afeta muitos atributos físicos

dos solos, incluindo estrutura, porosidade,

condutividade hidráulica e taxa de infiltração. Esses

atributos, em geral, influenciam positivamente a

atividade microbiológica por regular o transporte

requerido de água e de nutrientes através do perfil

dos solos e por controlar a aeração da zona vadosa.

Além do mais, a biorremediação de hidrocarbonetos

de petróleo é assistida por microrganismos, que, em

geral, dependem fortemente das quantidades de

umidade e de oxigênio adequadas. As propriedades

físicas dos solos influenciam o transporte de ambas

as espécies, oxigênio e água. Nesse caso, para a

biorremediação de solos, os conteúdos de água

entre 50 e 80 % da capacidade e o teor de O2

dissolvido maior que 1 mg L-1, geralmente, são

ótimos para a atividade microbiológica (COLLA et

a., 2008; JACQUES et al., 2007; JACQUES et al.,

2010).

Não só os microrganismos apresentam

importância destaque no contexto de melhoria do

meio ambiente. As plantas atuam direta ou

indiretamente na remediação ambiental por meio de

diferentes mecanismos básicos, que conferem

capacidade de: (a) "sequestro" e acúmulo de

contaminantes inorgânicos tóxicos (ex.: metais) nos

tecidos vegetais, particularmente em vacúolos,

seguido de colheita e disposição final ou extração

dos metais (o termo "biomineração" é usado quando

níveis comerciais de fitoacumulação são

alcançados); (b) absorção e, às vezes, precipitação

de contaminantes encontrados em águas poluídas

(rizofiltração); (c) redução da biodisponibilidade por

meio da estabilização (fitoestabilização); (d)

degradação de contaminantes orgânicos, com

transformação dependente das enzimas nos tecidos

vegetais ou na superfície das raízes

(fitodegradação); (e) volatilização de contaminantes

extraídos do solo e do lençol freático

(fitovolatilização); e (f) estabelecimento de

condições favoráveis à atividade microbiana da

rizosfera no solo, promovendo a biodegradação dos

contaminantes pelos microrganismos

(rizodegradação) (ASSIS et al., 2010; MARQUES et

al., 2011). Destaca-se também, seu grande papel

como espécies fitoindicadoras.

1.5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Contudo, conclui-se que a degradação

biológica de compostos orgânicos é alcançada com

eficiência somente em condições naturais

favoráveis, que proporcionem interações otimizadas

entre o microrganismo e o solo, entre o

microrganismo e o contaminante, assim como a

relação mútua dos microrganismos entre si.

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__________________________________________

1 – Flávio Henrique Ferreira Barbosa, Professor

Doutor Adjunto II / Biólogo – Microbiologista,

Colegiado de Farmácia, PPG Ciências da Saúde e

Ciências Farmacêuticas, Laboratório de

Bromatologia e Microbiologia de Alimentos,

Fundação Universidade Federal do Amapá –

UNIFAP, flavio.barbosa@unifap.br

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