Desarrollo de un sistema de esterilización de agua mediante filtración a través de partículas de sílice amorfa funcionalizadas con compuestos activos de aceites esenciales

Abstract

[ES] El objetivo de este trabajo fue el desarrollo de un sistema de filtración en lecho profundo a partir de partículas de sílice amorfa de distinto tamaño (5, 10, 25 y 50 µm) funcionalizadas con distintos compuestos bioactivos de aceites esenciales (carvacrol, eugenol, timol y vainillina). La correcta inmovilización de los compuestos antimicrobianos sobre la superficie de las partículas de sílice se confirmó mediante la caracterización de las partículas por microscopía electrónica de emisión de campo (FESEM), potencial zeta y determinación del grado de funcionalización. Una vez caracterizados los materiales se procedió a estudiar la actividad antimicrobiana del sistema de filtración basado en el paso del agua a través de una capa de las partículas funcionalizadas. Para ello, se realizaron ensayos de filtración con agua contaminada con Escherichia coli K12 en una densidad de inóculo de 105 UFC/100 mL. Así mismo, se evaluó el efecto inhibitorio de los soportes tras el filtrado sucesivo de varias muestras y tras el lavado previo con gran volumen de agua estéril. Los resultados mostraron una clara reducción de la carga microbiana del agua, logrando en algunos casos la inhibición total del microorganismo. Además, se comprobó que las partículas mantienen su eficacia tras filtrados sucesivos de diferentes muestras de agua contaminada. Así mismo, el lavado previo del lecho de partículas con agua estéril no afectó a la actividad antimicrobiana, lo que sugiere la conservación de los compuestos bioactivos fijados sobre la superficie de las partículas de sílice. Por tanto, la inmovilización de estos compuestos permite obtener partículas con propiedades antimicrobianas que pueden ser usadas como alternativa a los tratamientos convencionales de potabilización de aguas.

[EN] The objective of this work was the development of a deep bed filtration system using amorphous silica particles of different sizes (5, 10, 25 and 50 μm) functionalized with different bioactive compounds of essential oils (carvacrol, eugenol, thymol and vanillin). The correct immobilization of the antimicrobial compounds on the surface of the silica particles was confirmed by the characterization of the particles by field emission electron microscopy (FESEM), zeta potential and determination of degree of functionalization. Once the materials were characterized, the antimicrobial activity of the filtration system based on the pass of water through the functionalized particles was studied. For this purpose, filtration tests were carried out with water contaminated with Escherichia coli K12 at an inoculum density of 105 CFU/100 mL. Likewise, the inhibitory effect of the supports was evaluated after the successive filtration of several samples and after the previous washing with high volume of sterile water. Results showed a clear reduction of the microbial load of the water, achieving in some cases the total inhibition of the microorganism. Moreover, it was verified that particles maintained their efficacy after successive filtration of different water samples. In addition, the previous washing of the bed of particles with sterile water did not affect the antimicrobial activity, which suggests the preservation of the bioactive compounds attached onto the surface of silica particles. Thus, the immobilization of these compounds allows to obtain particles with antimicrobial properties that can be used as an alternative to the conventional treatments of water sterilization.

[CA] L'objectiu d'este treball va ser el desenvolupament d'un sistema de filtració en llit profund a partir de partícules de sílice amorfa de distinta grandària (5, 10, 25 i 50 µm) funcionalitzades amb distints compostos bioactius d'olis essencials (carvacrol, eugenol, timol i vanil·lina). La correcta immobilització dels compostos antimicrobians sobre la superfície de les partícules de sílice es va confirmar per mitjà de la caracterització de les partícules per microscòpia electrònica d'emissió de camp (FESEM) potencial zeta i determinació del grau de funcionalització. Una vegada caracteritzats els materials, es va procedir a estudiar l'activitat antimicrobiana del sistema de filtració basat en el pas de l’aigua a través d’una capa de les partícules funcionalitzades. Per a això, es van realitzar assajos de filtració amb aigua contaminada amb Escherichia coli K12 en una densitat d’inòcul de 105 UFC/100 mL. Així mateix, es va avaluar l'efecte inhibitori dels suports després del filtrat successiu de diverses mostres i després del llavat previ amb gran volum d'aigua estèril. Els resultats van mostrar una clara reducció de la càrrega microbiana de l'aigua, aconseguint en alguns casos la inhibició total del microorganisme. A més, es va comprovar que les partícules van mantenir la seua eficàcia després de filtrats successius de diferents mostres d’aigua contaminada. Així mateix, el llavat previ del llit de partícules amb aigua estèril no va afectar a l’activitat antimicrobiana, la qual cosa suggereix la conservació dels compostos bioactius fixats sobre la superfície de les partícules de sílice. Per tant, la immobilització d'estos compostos permet obtindre partícules amb propietats antimicrobianes que poden ser usades com a alternativa als tractaments convencionals d'esterilització d'aigües.