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Microbial mechanisms of deterioration of inorganic substrates—A general mechanistic overview

1997; Elsevier BV; Volume: 40; Issue: 2-4 Linguagem: Espanhol

10.1016/s0964-8305(97)00048-6

1879-0208

Wolfgang Sand,

Bacterial biofilms and quorum sensing

Generally, all types of microorganisms—bacteria and cyanobacteria, algae, fungi, and lichens—are able to attack and degrade materials. Sometimes, the physical presence of microbial cells is sufficient to cause damage. Generally, deterioration is caused by the excretion of metabolic intermediates and/or end-products as well as exoenzymes. Depending on the use of a material, discoloration of a resin or total destruction of a material may result in a serious microbiologically influenced (corrosion) damage. Although many microorganisms are known to participate in these processes, their action may be summarized by nine main categories: (1) physical presence of microbial cells→connection of electric contacts (chips); (2) attack by mineral acids like sulfuric, nitric, carbonic acid→hydrolysis of materials (3) attack by organic acids like acetic, citric, oxalic, gluconic, and other acids→hydrolysis of materials (4) attack by organic solvents like acetic of butyric acid or alcohols like ethanol or propanol or ketons→swelling and hydrolysis of materials (5) salt stress because of reaction products of (2) and (3)→retaining water in porous materials causes increased susceptibility against freeze-thaw attack and furthers crystallisation→swelling attack (6) production of noxious compounds like hydrogen sulfide, nitrogen oxides→production of mineral acids or precipitation of metal sulfides and oxidants/reductants (7) effect of biofouling and biofilm→exopolymers cause localized corrosion cells; retainment of water in porous materials; hydrophobic effects on surfaces; reduced heat transfer efficiency; reduced (flow) velocity or increased pressure (8) attack by exoenzymes→cleavage of insoluble organic compounds to small, water soluble molecules; and (9) production of chelating agents of emulsifying compounds→increased solubility of 'insoluble' and/or hydrophobic substances. Usually, the deterioration of a material is caused by a combined action of the above mentioned factors. However, chemical methods often fail to properly detect the mechanisms because some compounds may be subject to metabolic turnover (organic acids, nitrogen compounds, etc.). Microbiological analyses are necessary for elucidating the mechanism of attack. Todos los microorganismos en general—bacterias, cianobacterias, algas, hongos y líquenes—son capaces de atacar y degradar los materiales. A veces, la sola presencia fisica de células microbianas es suficiente para causar daño pero, en general, el deterioro es causado por la excreción de productos metabólicos intermediarios y finales, tales como las exoenzimas. La acción de estos microorganismos se puede resumir en nueve categorias: (1) presencia fisica de células microbianas→conexión de contactos eléctricos (chips) (2) ataque por ácidos inorgánicos como ácido sulfúrico, nítrico, carbónico→hidrólisis de materiales (3) ataque por ácidos orgánicos como ácido acético, cítrico, oxálico, glucónico, y otros ácidos→hidrólisis de materiales (4) ataque por solventes orgánicos como ácido acético o butírico, o alcoholes como etanol o propanol o ketnas→hinchamiento e hidrólisis de materiales (5) estrés salino provocado por los productos de reacción de los apartados (2) y (3)→aumento de la susceptibilidad a los ciclos hielo-deshielo y posterior cristalización→aumento de volumen (6) producción de compuestos nocivos como sulfuro de hidrógeno, óxidos de nitrógeno→producción de ácidos inorgánicos o precipitación de sulfuros metálicos y oxidantes/reductores (7) efecto de pátinas y suciedad de origen biológico→los exopolímeros causan corrosión localizada; retención de agua en materiales porosos; efectos hidrofóbicos sobre las superficies; reducción de la eficiencia de transmisión de calor; reducción de la velocidad (flujo) o incremento de presión (8) ataque por exoenzimas→rotura de compuestos orgánicos insolubles en pequeñas moléculas solubles en agua; y (9) producción de agentes quelantes de compuestos emulsionados→incremento de la solubilidad de sustancias 'insolubles' y/o hidrofóbicas. Generalmente, el deterioro de un material está causado por la acción combinada de los factores antes mencionados. Sin embargo, a menudo, los métodos químicos fracasan en la correcta detección de los mecanismos debido a que algunos compuestos pueden estar sujetos a ciclos metabólicos (ácidos orgánicos, compuestos de nitrógeno, etc.). Los análisis microbiológicos son necesarios para dilucidar el mecanismo de ataque.