RELATÓRIO DE ACTIVIDADES – 2014/2015

Nome: Joana Filipa de Paiva dos Santos Madureira

Documento de identificação: Cartão do Cidadão

Nº 12646825

Morada: Estrada dos Álamos, nº41, 1ºdto, 2810-144 Almada

Bolsa: Bolsa de Investigação (Mestre)

Início da bolsa: 1 de Julho de 2014

Fim da bolsa: 31 de Maio de 2015

Projeto / Centro de custo: RECI/AAG-TEC/0400/2012/ARIAS (RD0261) / ARIAS (RECI) CR9310

Unidade: Campus Tecnológico e Nuclear

Orientador científico: Sandra Cabo Verde

O presente trabalho está inserido no âmbito do projecto RECI/AAG-TEC/0400/2012/ARIAS – “Aplicações da

Radiação Ionizante para um Ambiente Sustentável (ARIAS)”.

OBJECTIVOS PROPOSTOS: o Caracterizar os antioxidantes presentes nas águas de cozedura de uma Indústria de Cortiça, antes e após irradiação, e sua quantificação. o Estudar diferentes metodologias de extracção destes antioxidantes através de processos de adsorção/dessorção por carvões activados antes e após irradiação em diferentes condições. o Avaliar a viabilidade técnica destas metodologias para valorização das águas de cozedura da Indústria da Cortiça. METODOLOGIAS: 1. Estudos de adsorção/dessorção em amostras reais de água de cozedura de cortiça, antes e

após irradiação gama, tendo em conta os resultados obtidos no ano anterior. Como adsorvente para estes estudos, foi utilizado um carvão activado comercial da marca Norit, usado muitas vezes no tratamento de águas.

2. Estudos de degradação de compostos fenólicos, utilizando soluções-padrão de ácido gálico,

ácido protocatecuico, ácido siríngico e ácido vanílico (isolados e em mistura). Estes são os principais compostos fenólicos presentes nas águas de cozedura da cortiça. Foram realizados estudos de actividade antioxidante dos compostos e iniciados os ensaios de toxicidade. Este estudo é determinante para avaliar se os produtos de degradação dos compostos alvo são mais ou menos tóxicos que estes e, assim, estimar a eficácia dos tratamentos.

As irradiações foram realizadas na fonte experimental de Cobalto-60, Precisa 22, localizada no Campus Tecnológico Nuclear do IST, a um débito de dose de 1.8 kGy h-1. Para os estudos de adsorção foram aplicadas doses entre 5 e 50 kGy e para os estudos de degradação as doses de radiação foram entre 1.5 e 20 kGy.

RESULTADOS: Antes do início dos estudos de adsorção, foi realizada uma caracterização físico-química das águas de cozedura de cortiça, para confirmar os resultados obtidos em outros trabalhos realizados anteriormente. Determinou-se a Carência Química de Oxigénio (CQO) que mede a quantidade de matéria orgânica presente na amostra, o conteúdo em compostos fenólicos (pelo método de Folin-Ciocalteau) e o seu poder antioxidante. Nas Figuras 1, 2 e 3 estão presentes os resultados obtidos para estes parâmetros antes e após exposição a várias doses de radiação gama.

FIGURA 1 - Carência Química de Oxigénio das amostras de água de cozedura de cortiçaantes e após o tratamento a várias doses de radiação gama.

FIGURA 2 - Conteúdo em compostos fenólicos das amostras de água de cozedura de cortiça antes e após o tratamento a várias doses de radiação gama.

FIGURA 3 - Actividade antioxidante dos compostos presentes nas águas de cozedura de cortiça antes e após o tratamento a várias doses de radiação gama.

Pelos resultados obtidos, é possível concluir que a quantidade de matéria orgânica na água de cozedura da cortiça aumenta aproximadamente 43% após exposição a uma dose de 50 kGy (Figura 1). Este facto pode dever-se à degradação das moléculas maiores em outras mais pequenas e que contribuem para este aumento. Na Figura 3 pode-se observar o aumento da actividade antioxidante dos compostos presentes nas amostras estudadas, que está associado ao aumento do conteúdo em compostos fenólicos (Figura 2) com o aumento da dose de irradiação. 1. Estudos de adsorção/dessorção em amostras reais de água de cozedura de cortiça A Figura 4 apresenta a variação da concentração dos compostos selecionados (ácido gálico, ácido protocatecuico, ácido vanílico e ácido Siríngico) com o tratamento por radiação gama. Os compostos selecionados para este estudo são compostos que estão presentes nas águas residuais de indústrias corticeiras e que são recalcitrantes em grandes quantidades, muito embora o seu poder antioxidante seja conhecido.

FIGURA 4 – Variação da concentração dos compostos fenólicos após o tratamento a várias doses de radiação gama.

Como se pode observar na Figura 4, a concentração de ácido vanílico e ácido siríngico diminui com a radiação. No entanto, é importante observar o aumento da concentração de ácido protocatecuico, que pode ser devido ao facto dos outros compostos se degradarem nele. Tendo em conta os resultados obtidos no ano anterior, foi usado como adsorvente o carvão activado Norit GAC, bastante eficaz no tratamento de águas. Os resultados obtidos da razão entre a concentração de compostos fenólicos remanescente em solução e a concentração inicial ao longo do tempo, para cada uma das doses em estudo, estão representados nas Figuras 5, 6, 7 e 8.

FIGURA 5 – Eficiência de remoção do ácido gálico ao longo do tempo após irradiação a várias doses de radiação gama.

FIGURA 6 - Eficiência de remoção do ácido protocatecuico ao longo do tempo após irradiação a várias doses de radiação gama.

FIGURA 7 - Eficiência de remoção do ácido vanílico ao longo do tempo após irradiação a várias doses de radiação gama.

FIGURA 8 - Eficiência de remoção do ácido siríngico ao longo do tempo após irradiação a várias doses de radiação gama.

Pela observação das Figuras anteriores é possível concluir que o carvão activado usado adsorve rapidamente os quatro compostos fenólicos, embora se observem alterações com o tratamento por radiação gama. De modo a garantir que o processo de adsorção poderá ser aplicado no processo de extracção e reutilização de antioxidantes, foram realizados estudos de dessorção com o carvão activado antes e após pré-tratamento por radiação gama, com etanol como solvente e usando um banho de

ultrassons que favorece a regeneração do carvão. O único composto dessorvido foi o ácido protocatecuico. Os resultados obtidos estão representados na Figura 9.

FIGURA 9 - Quantidades de composto adsorvido/dessorvido no carvão activado tempo após irradiação a várias doses de radiação gama.

Os resultados preliminares apontam para uma maior percentagem de dessorção nas amostras de irradiadas a 10 kGy (36%), tendo em conta as quantidades adsorvidas/dessorvidas. 2. Estudos de degradação de compostos fenólicos Com base nos resultados obtidos nos estudos de adsorção/dessorção, e uma vez que a adsorção dos compostos varia com o tratamento por radiação ionizante, tornou-se necessário perceber quais são os produtos radiolíticos dos compostos padrão em estudo. Para isso, foi iniciada uma investigação que visa identificar e caracterizar toxicologicamente os produtos de degradação dos compostos fenólicos. Os fenólicos estudados são compostos aromáticos e apresentam uma banda forte de absorção UV no comprimento de onda de 254 nm. A Figura 10 mostra o efeito da radiação ionizante no anel aromático dos compostos.

FIGURA 10 - Efeito da radiação ionizante nos aneis aromáticos (254 nm).

É possível observar que com o aumento da dose de irradiação, a banda de absorção vai diminuindo, sendo aproximadamente 50% para todos os compostos. Conclui-se assim que o tratamento com radiação ionizante provoca uma quebra das ligações duplas dos anéis aromáticos. Os estudos de degradação iniciais foram realizados por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC), em soluções aquosas dos compostos fenólicos isolados e em mistura. As Figuras 11, 12, 13 e 14 mostram a variação da concentração dos compostos fenólicos estudados nas duas condições.

FIGURA 11 – Variação da concentração de ácido gálico com o tratamento por radiação gama.

FIGURA 12 – Variação da concentração de ácido protocatecuico com o tratamento por radiação gama.

FIGURA 13 - Variação da concentração de ácido vanílico com o tratamento por radiação gama.

FIGURA 14 - Variação da concentração de ácido siríngico com o tratamento por radiação gama.

Pela observação das figuras anteriores, é possível concluir que o comportamento é diferente consoante as condições experimentais. É evidente que, para as soluções com cada um dos compostos isolados, a degradação é muito maior, chegando a ser praticamente completa. No entanto, quando os compostos se encontram em mistura quaternária, a degradação destes não é tão elevada. No caso do ácido protocatecuico não existe variação da concentração com as doses aplicadas, quando em mistura, levando a propor a hipótese de que os outros compostos se degradem nele e, assim, não se verificar alteração. Por outro lado, é importante estudar o efeito da radiação ionizante na actividade antioxidante dos compostos estudados, em soluções isoladas e em mistura, cujos resultados obtidos estão representados na Figura 15.

FIGURA 15 – Actividade antioxidante dos compostos fenólicos estudados antes e após irradiação a várias doses.

Os resultados apontam para uma diminuição da actividade antioxidante com a irradiação, contudo não foram verificadas variações significativas, à excepção do ácido gálico, cuja diminuição é de 40%. Iniciaram-se também estudos de toxicidade destes compostos pela inibição do crescimento da bactéria Pseudomonas fluorescens. Os resultados preliminares apontam para uma diminuição da toxicidade a partir de uma concentração crítica de 1 mM para misturas irradiadas a 20 kGy, o que sugere que radiação ionizante poderá ser eficaz na decomposição destes compostos e, por sua vez, no tratamento de águas residuais. Com base nestes resultados e no sentido de se identificarem os produtos de degradação dos compostos é necessário recorrer à técnica de espetrometria de massa. TRABALHO FUTURO: Futuramente, continuarão a ser efectuados os estudos de degradação dos compostos padrão por radiação ionizante para se identificarem os seus produtos radiolíticos e continuar a desenvolver os

estudos que visam a valorização das águas residuais da indústria corticeira através da extracção de compostos antioxidantes. Por outro lado, serão também desenvolvidos estudos idênticos em amostras reais de águas de cozedura da cortiça no sentido de se optimizarem as metodologias aplicadas e avaliar a sua viabilidade técnica. CONFERÊNCIAS E PUBLICAÇÕES:

J. Madureira, R. Melo, S. Cabo Verde, I. Matos, J.P. Noronha, I.M. Fonseca, F.M.A. Margaça, Desorption of phenolic compounds on activated carbons, 2nd International Congress on Water, Waste and Energy Management, Porto, Portugal, 16-18 Julho 2014 (Comunicação oral).

J. Madureira, Oxidation of clofibric acid in water by electrical discharge and gamma radiation, 2nd Annual Meeting of COST Action "Electrical Discharges with Liquids for Future Applications" (COST Action TD1208), Barcelona, Espanha, 23-25 Fevereiro 2015 (Comunicação oral).

M. Meneses, J. Madureira, R. Melo, A. L. Antonio, S. Cabo Verde, Gamma irradiation effects on microbial inactivation and antioxidant activity of Melissa officinalis, ICEH 2014 – 3rd International Congress on Environmental Health, Porto, Portugal, 24 – 26 Setembro 2014 (Poster).

Duarte Guerreiro, Telma Silva, Márcia Meneses, Joana Madureira, Rita Melo, Sandra Cabo Verde, Fernanda Margaça, Gamma Radiation Effects On Microbial Inactivation And Antioxidant Activity Of Cherry Tomatoes, International Symposium on Food Safety and Quality: Applications of Nuclear and Related Techniques - IAEA CN-222. IAEA, Viena, Áustria, 10-13 Novembro 2014 (Poster).

J. Madureira, R. Melo, E. Ceriani, T. Silva, P.M.P. Santos, E. Marotta, N. Pinhão, F.M.A. Margaça, C. Paradisi, Oxidation of clofibric acid in water by electrical discharge and gamma radiation, 2nd Annual Meeting of COST Action "Electrical Discharges with Liquids for Future Applications" (COST Action TD1208), Barcelona, Espanha, 23-25 Fevereiro 2015 (Poster).

Joana Filipa de Paiva dos Santos Madureira