EQA - Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos
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- ItemCultivo de Spirulina sp. LEB 18 e Chlorella fusca LEB 111 suplementado com os fitohormônios Ácido 3-Indolacético e trans-Zeatina(2019) Silveira, Jéssica Teixeira da; Costa, Jorge Alberto Vieira; Rosa, Ana Priscila Centeno daAs microalgas podem ter sua biomassa utilizada para a alimentação, além de terem potencial industrial para a produção de produtos de alto valor agregado, como ácidos graxos essenciais. Em função disso, a área de biotecnologia microalgal incentiva a busca por novas tecnologias que tornem viáveis a aplicação das microalgas na indústria. Para isso, uma alternativa é a suplementação de fitohormônios nos cultivos microalgais. Esses podem causar efeitos no crescimento e alterar rotas metabólicas de produção de compostos, assim como fazem em plantas. Neste contexto, este trabalho teve o objetivo de avaliar os efeitos da suplementação dos fitohormônios ácido 3-indolacético (AIA) e trans-zeatina (tZ) nos cultivos de Spirulina sp. LEB 18 e Chlorella fusca LEB 111. Para ambas microalgas a suplementação de 0,01; 0,1; 1 e 10 mg L-1 de AIA e tZ foram avaliadas, além de misturas dos dois fitohormônios em diferentes proporções (0,01 tZ: 1 AIA; 0,1 tZ: 01, AIA; 1 tZ: 0,01 AIA mg L-1). Os experimentos foram divididos em grupo GD, no qual foi realizada amostragem diária e grupo G10, com amostragem a cada 10 dias. Os experimentos foram conduzidos indoor em duplicatas por 30 dias, de forma descontínua. As respostas quanto ao crescimento microalgal foram obtidas a partir da quantificação de biomassa e parâmetros cinéticos de crescimento. A caracterização da biomassa foi realizada pela determinação do conteúdo de carboidratos, lipídios, proteínas e perfil proteico. Os resultados obtidos mostraram que os fitohormônios AIA e tZ são eficientes para estimular o crescimento das microalgas Spirulina sp. LEB 18 e Chlorella fusca LEB 111 e versáteis para induzir a produção de biomoléculas de interesse. As concentrações máximas de biomassa foram obtidas para ambas microalgas com condições de suplementação de AIA e menor frequência de amostragem (G10). Nos experimentos com Spirulina a concentração máxima de biomassa foi 3,7 g L-1 com a adição de 1 mg L-1 de AIA. Da mesma forma a suplementação de 0,1 e 1 mg L-1 de AIA nos cultivos de Chlorella teve como resposta aumentos nas concentrações máxima de biomassa (2,2 g L-1). Além disso, o conteúdo de macrocomponentes foi aumentado atingindo valores de até 70% de proteínas (com suplementação de 1 mg L-1 AIA G10), 21% de carboidratos (com adição de10 mg L-1 AIA G10) e 25% de lipídios (com uso de 0,1 mg L-1 AIA GD) nos cultivos de Spirulina. Nos experimentos com Chlorella, as suplementações de 0,1 e 1 mg L-1 de AIA, 0,01 mg L-1 e 0,1 de tZ e a mistura de 0,01 mg L-1 de tZ e 1 mg L-1 de AIA foram eficientes para aumentar o conteúdo de lipídios (34%), proteínas (50%) e carboidratos (32%), respectivamente. Além disso, ao acompanhar a morfologia das células durante os cultivos se observou que os fitohormônios proporcionaram alongamento acentuado nas células de Spirulina. Sendo assim, a suplementação de fitohormônios se mostrou uma alternativa versátil e promissora para aumentar a produção de biomassa e biomoléculas em microalgas, principalmente para aplicação em industrial, pois tem a capacidade de agregar aumento no acúmulo de biomassa e biomoléculas.
- ItemObtenção de promotores de crescimento vegetal a partir de microalgas(2019) Cruz, Camila Gonzales; Costa, Jorge Alberto Vieira; Rosa, Ana Priscila Centeno daA demanda por alimentos mais saudáveis, cultivados sem utilização de fertilizantes químicos e tratados sem pesticidas é cada vez maior. Ainda que os resíduos desses insumos agrícolas sintéticos encontrados nos alimentos não excedam os limites permitidos para consumo humano, não se tem conhecimento exato dos efeitos do acúmulo dessas substâncias no organismo. Neste contexto, microalgas podem representar potenciais alternativas para o melhoramento de cultivos agrícolas, pois possuem em sua composição compostos que atuam como promotores do desenvolvimento vegetal. Estes compostos, também chamados de fitohormônios, desempenham papel importante na mediação do crescimento e respostas ao estresse nas plantas. Entre os principais fitohormônios estudados, estão a auxina ácido 3-indolacético (AIA) e a citocinina trans-zeatina (t-Z). Diante do exposto, o presente estudo tem como objetivo avaliar a obtenção de promotores de crescimento vegetal a partir de microalgas. As cepas Chlamydomonas reinhardtii CC 1021, Chlorella fusca LEB 111, Chlorella vulgaris LEB 112, Scenedesmus obliquus LEB 117, Synechococcus nidulans LEB 115 e Spirulina sp. LEB 18 pertencentes a Coleção do Laboratório de Engenharia Bioquímica da Universidade Federal do Rio Grande, foram cultivadas com o intuito de verificar quais se apresentam como potencias produtoras de AIA e t-Z. Assim, foram realizados cultivos autotróficos com fotoperíodo 12 h claro/escuro e com luz contínua. Também foram realizados cultivos heterotróficos em modo batelada alimentada com adição de glicose. Os cultivos autotróficos foram realizados durante 15 dias em fotobiorretores tipo Erlenmeyer com volume útil de 0,4 L, mantidos a 30 °C em estufa termostatizada, 70 μmolfótons m-2 s-1 e agitação realizada com injeção de ar estéril. Os cultivos heterotróficos foram realizados durante 10 dias em fotobiorretores tipo Erlenmeyer com volume útil de 0,4 L, mantidos a 30 °C em câmara incubadora, com agitação orbital de 100 rpm, sem a presença de luz e em modo batelada alimentada mantendo concentração de 0,5 g L-1 de glicose nos meios de cultivo. A microalga Chlamydomonas reinhardtii foi cultivada em meio Tris Acetato Fosfato (TAP) durante 10 dias em fotobiorreatores tipo Erlenmeyer com volume útil de 0,4 L mantidos em câmara incubadora, com agitação orbital de 100 rpm a 25 °C e 70 μmolfótons m-2 s-1, nas condições autotróficas e heterotróficas citadas anteriormente. Como resultados, todas as microalgas cresceram e produziram AIA e trans-zeatina endógenos nas três condições avaliadas (autotrófico 12 h claro/escuro, autotrófico 24 h claro e heterotrófico). As concentrações de AIA variaram de 1,94 a 56,45 nmol g-1. Enquanto que as concentrações de t- Z obtidas variaram de 0,06 a 35,52 pmol g-1. A microalga Chlamydomonas reinhardtii CC1021, apresentou as maiores concentrações de AIA (20237,34 nmol g-1) e t-Z (2593,89 nmol g-1) com o cultivo heterotrófico, destacando-se entre as demais microalgas estudadas. Além disso, as condições de cultivo estudadas foram capazes de incrementar as concentrações de carboidratos e proteínas na biomassa das microalgas cultivadas. Logo, as condições de cultivo e a espécies microalgais utilizadas, apresentaram resultados promissores. Portanto, este estudo contribui com alternativas de minimização das consequências ambientais causadas pelo uso de insumos químicos sintéticos na agricultura.
- ItemProdução de macromoléculas no cultivo de Spirulina e Chlorella com CO2, cinzas e redução da fonte de nitrogênio(2018) Braga, Vagner da Silva; Morais, Michele Greque deAs mudanças climáticas têm estimulado a busca por alternativas para minimizar os problemas ambientais causados pelo CO2, principal gás do efeito estufa. Nesse sentido, micro-organismos fotossintetizantes como as microalgas se destacam, pois possuem capacidade de utilizar diretamente CO2 para produzir biomoléculas. Além disso, cinzas provenientes da queima do carvão mineral podem ser utilizadas em cultivo microalgal, uma vez que contêm micronutrientes essenciais para o crescimento celular. A adição de CO2, cinzas bem como a redução da fonte de nitrogênio podem alterar a composição da biomassa microalgal e incrementar o acúmulo de compostos de reserva como lipídios, carboidratos e PHB em relação ao conteúdo proteico. Desta forma, o objetivo deste estudo foi estimular a produção de biomoléculas a partir das microalgas Spirulina sp. LEB 18 e Chlorella fusca LEB 111 cultivadas com redução da fonte de nitrogênio e diferentes concentrações e fontes de carbono bem como cinzas oriundas da indústria termelétrica. O trabalho foi dividido em três partes; a primeira e segunda etapas foram realizadas com Spirulina e a terceira com Chlorella fuscautilizando 10 e 50% da concentração de NaNO3 do meio de cultivo, respectivamente. Primeiramente foram testados os tempos de injeção de 1 e 5 min e as vazões de 0,05 e 0,3 vvm (mLmistura. mLmeio-1. min-1) de CO2 a cada 40 min na fase clara do fotoperíodo. Para a segunda etapa foi selecionada a vazão de 0,3 vvm de CO2 injetada a cada 20 min por 1 e 5 min. Nesta etapa foram testadas as concentrações de 0, 120 e 160 ppm de cinzas para verificar o seu potencial para substituir parcialmente os micronutrientes do meio de cultivo. Por fim, o tempo de injeção de 5 min, a vazão de 0,3 vvm injetados a cada 20 min e a adição de 0, 40 e 120 ppm de cinzas foram estudadas para a microalga Chlorella fusca. Ambos experimentos foram conduzidos em biorreatores tubulares, durante 15 d em câmara termostatizada a 30ᵒC com iluminância de 41,6 μmolfótons m-2 s-1 e fotoperíodo 12 h claro/escuro. Os parâmetros cinéticos de crescimento, taxa de biofixação de CO2, concentração de carbono inorgânico dissolvido e de nitrogênio foram avaliados ao longo dos ensaios, enquanto que a composição da biomassa (carboidratos, proteínas, lipídios e biopolímero) foram determinadas após o término do cultivo. A utilização de 8,4 g L-1 de NaHCO3 e a adiçãode 0,3 vvm de CO2 por 5 min para o cultivo de Spirulinaproporcionaram a síntese de até 59,1% de carboidratos com produção teórica de bioetanol de 43,1%. Os ensaios com 120 ppm de cinzas apresentaram os melhores parâmetros cinéticos e taxa de biofixação de CO2, independentemente do tempo de injeção de CO2, enquanto que os experimentos com 120 e 160 ppm de cinzas e injeção de CO2 por 1 min apresentaram 63,3 e 61,0% de carboidratos e 46,2 e 44,6 mL de etanol teórico por 100 g de biomassa, respectivamente. Nos cultivos de Chlorella fusca com CO2 e 40 ppm de cinzas foram encontradas as maiores velocidades específicas de crescimento e os menores tempos de geração, sendo estatisticamente (p<0,05) superiores àqueles sem o gás e as cinzas. Neste estudo, observou-se ainda que a redução de 50% da fonte de nitrogênio é uma estratégia para acumular até 35,2% de carboidratos que resulta em 25,5 mL de produção teórica de bioetanol para cada 100g de biomassa. Portanto, a utilização de CO2, cinzas e redução da fonte de nitrogênio representam uma estratégia para minimizar os custos com fontes de nutrientes para o cultivo das microalgas, além da minimização dos problemas ambientais causados por esses efluentes. A utilização destes nutrientes nas condições estudadas permitem o acúmulo de carboidratos que podem ser fermentados para produção de bioetanol.
- ItemUso de diferentes condições de cultivo para obtenção de biomassa de Spirulina sp. LEB 18 com aplicação de campos magnéticos(2018) Veiga, Mayara Copello; Santos, Lucielen Oliveira dosMicroalgas podem ser consideradas um dos mais eficientes sistemas biológicos de transformação de energia solar em compostos orgânicos. Por apresentar em sua composição aminoácidos essenciais, vitaminas, pigmentos, ácidos graxos poli-insaturados e sais minerais, bem como elevado teor proteico, a adição da biomassa de Spirulina pode ser empregada para melhorar o valor nutricional de produtos alimentícios. A aplicação de campos magnéticos (CM) em cultivos destaca-se devido sua capacidade de interação com funções biológicas dos organismos, através de alterações no crescimento celular. Portanto, o objetivo do estudo foi realizar modificações nas condições de cultivo e aplicar CM no cultivo de Spirulina sp. LEB 18 para obtenção de biomassa com potencial aplicação em suplementos proteicos. Os cultivos foram realizados durante 16 d em fotobiorreatores tubulares verticais de 2 L com volume útil de 1,8 L, mantidos em estufas termostatizadas com fotoperíodo de 12 h (claro/escuro), iluminância de 30 μmol m-2 s-1, aeração de 0,3 vvm e concentração inicial de biomassa de 0,2 g L-1. Avaliou-se nos ensaios a utilização de diferentes temperaturas (30ºC e 35ºC), concentrações de nitrato de sódio (NaNO3) (2,5 g L-1 e 1,875 g L-1) no meio Zarrouk e aplicação de 30 mT e 60 mT, através da fixação de ímãs de ferrite ao redor do fotobiorreator. No cultivo controle, os ímãs foram substituídos por material inerte de mesma dimensão. Durante o cultivo determinou-se concentração de biomassa, pH, parâmetros cinéticos de crescimento e composição proximal da biomassa. Nas melhores condições de cultivo determinou-se a composição proximal, bem como digestibilidade proteica in vitro e solubilidade proteica. Obteve-se maior concentração de biomassa ao utilizar 60 mT, 30ºC e 1,875 g L-1 de NaNO3, sendo esta 27,1 % superior ao cultivo controle. Não houve diferença na concentração de proteínas na biomassa para os ensaios realizados, mas a aplicação de 60 mT reduziu em 247,5 % a concentração de carboidratos. A biomassa com maior digestibilidade proteica in vitro foi encontrada no cultivo controle (78,4 %), porém a maior solubilidade foi encontrada na biomassa obtida no cultivo exposto a 60 mT, sendo 89 % em pH 6. Sendo assim, pode-se concluir que a biomassa obtida no cultivo submetido a exposição de CM é promissora para ser utilizada como ingrediente no desenvolvimento de suplementos proteicos.
- ItemProdução biotecnológica de biopolímeros aplicando processo cíclico de reutilização de resíduo da extração de Poli-Hidroxibutirato (phb)(2016) Silva, Cleber Klasener da; Morais, Michele Greque deO crescimento populacional associado à necessidade de maior produção de alimentos vem aumentando drasticamente a problemática da deposição de resíduos no meio ambiente. Esforços industriais e acadêmicos estão sendo dedicados a nível mundial para o desenvolvimento de processos destinados a conservação de energia limpa e redução de resíduos. Porém, nem todos os resíduos podem ser facilmente reutilizados devido a presença de substâncias potencialmente tóxicas, orgânicas ou inorgânicas. Ao longo dos anos vêm sendo ampliado o aproveitamento de rejeitos industriais como matéria-prima importante para aplicações com maior valor agregado. As microalgas são micro-organismos fotossintéticos e autotróficos e/ou mixotróficos que utilizam a luz solar e CO2 para a obtenção de energia. Em condições de estresse esses micro-organismos armazenam biopolímeros no interior das células na forma de grânulos. Para obtenção do biopolímero poli-hidroxibutirato (PHB), é necessário realizar a extração do mesmo a partir da biomassa microalgal. Para tal, é utilizado hipoclorito de sódio, gerando aproximadamente 200 mL de resíduo por litro de cultivo. O uso do resíduo da extração do PHB no cultivo microalgal, além de reduzir a deposição desse composto no meio ambiente, pode diminuir os custos de produção de biomassa. Nesse sentido, o objetivo desse trabalho foi estudar o potencial de produção cíclica de poli-hidroxibutirato (PHB) pela microalga Spirulina sp. LEB 18, utilizando resíduo da extração do polímero. O trabalho foi dividido em duas etapas, gerando dois artigos científicos que serão submetidos a publicação em revistas de importante circulação. No artigo 1, foram testadas três condições do resíduo da extração do biopolímero da biomassa da microalga Spirulina SP. LEB 18, sem tratamento, tratamento térmico e neutralização química. Os resíduos foram adicionados aos cultivos nas concentrações de 0, 2, 4, 6, 8 e 10 % (v/v). Os experimentos foram realizados em triplicata. O pré tratamento foi importante para inibir/neutralizar a ação do cloro sobre as células da microalga, alcançando concentrações de biomassa máxima de 1,12 g L-1 para cultivos contendo 10 % (v/v) de adição do resíduo neutralizado. Através desta etapa verificou-se que a microalga apresentou potencial crescimento quando exposta a diferentes concentrações de resíduo da extração de biopolímero. Impulsionados por esse resultado iniciou-se a segunda etapa do trabalho visando aumentar a concentração de resíduo adicionado ao cultivo microalgal e avaliação da síntese de biopolímero. No artigo 2, foram testados 10, 15, 20, 25 e 30 % (v/v) de adição do resíduo da extração do biopolímero nos cultivos microalgais de Spirulina sp. LEB 18. Para comparação, foram utilizados dois experimentos controle, Zarrouk (ZN) e Zarrouk modificado com redução de nitrogênio (ZM). Os experimentos foram realizados em triplicata e avaliados quanto a produção de biomassa microalgal e PHB. Os ensaios com adição de resíduo apresentaram produção de biomassa igual ao controle ZM (p<0,1) (0,79 g L-1). A produção de PHB no ensaio contendo 25 % de resíduo foi a maior, comparado aos demais, chegando a 10,6 % (p/p). A partir dos resultados obtidos verificou-se que é possível aplicar processo cíclico de reutilização do resíduo da extração de PHB no cultivo de microalgas visando a síntese de biopolímeros, reduzindo os problemas ambientais de poluição, mantendo o fluxo de nutrientes e reduzindo custos, reproduzindo assim os sistemas naturais.
- ItemProdução biotecnológica de biopolímeros aplicando processo cíclico de reutilização de resíduo da extração de Poli- Hidroxibutirato (phb)(2016) Silva, Cleber Klasener da; Morais, Michele Greque deO crescimento populacional associado à necessidade de maior produção de alimentos vem aumentando drasticamente a problemática da deposição de resíduos no meio ambiente. Esforços industriais e acadêmicos estão sendo dedicados a nível mundial para o desenvolvimento de processos destinados a conservação de energia limpa e redução de resíduos. Porém, nem todos os resíduos podem ser facilmente reutilizados devido a presença de substâncias potencialmente tóxicas, orgânicas ou inorgânicas. Ao longo dos anos vêm sendo ampliado o aproveitamento de rejeitos industriais como matéria-prima importante para aplicações com maior valor agregado. As microalgas são micro-organismos fotossintéticos e autotróficos e/ou mixotróficos que utilizam a luz solar e CO2 para a obtenção de energia. Em condições de estresse esses micro-organismos armazenam biopolímeros no interior das células na forma de grânulos. Para obtenção do biopolímero poli-hidroxibutirato (PHB), é necessário realizar a extração do mesmo a partir da biomassa microalgal. Para tal, é utilizado hipoclorito de sódio, gerando aproximadamente 200 mL de resíduo por litro de cultivo. O uso do resíduo da extração do PHB no cultivo microalgal, além de reduzir a deposição desse composto no meio ambiente, pode diminuir os custos de produção de biomassa. Nesse sentido, o objetivo desse trabalho foi estudar o potencial de produção cíclica de poli-hidroxibutirato (PHB) pela microalga Spirulina sp. LEB 18, utilizando resíduo da extração do polímero. O trabalho foi dividido em duas etapas, gerando dois artigos científicos que serão submetidos a publicação em revistas de importante circulação. No artigo 1, foram testadas três condições do resíduo da extração do biopolímero da biomassa da microalga Spirulina SP. LEB 18, sem tratamento, tratamento térmico e neutralização química. Os resíduos foram adicionados aos cultivos nas concentrações de 0, 2, 4, 6, 8 e 10 % (v/v). Os experimentos foram realizados em triplicata. O pré tratamento foi importante para inibir/neutralizar a ação do cloro sobre as células da microalga, alcançando concentrações de biomassa máxima de 1,12 g L-1 para cultivos contendo 10 % (v/v) de adição do resíduo neutralizado. Através desta etapa verificou-se que a microalga apresentou potencial crescimento quando exposta a diferentes concentrações de resíduo da extração de biopolímero. Impulsionados por esse resultado iniciou-se a segunda etapa do trabalho visando aumentar a concentração de resíduo adicionado ao cultivo microalgal e avaliação da síntese de biopolímero. No artigo 2, foram testados 10, 15, 20, 25 e 30 % (v/v) de adição do resíduo da extração do biopolímero nos cultivos microalgais de Spirulina sp. LEB 18. Para comparação, foram utilizados dois experimentos controle, Zarrouk (ZN) e Zarrouk modificado com redução de nitrogênio (ZM). Os experimentos foram realizados em triplicata e avaliados quanto a produção de biomassa microalgal e PHB. Os ensaios com adição de resíduo apresentaram produção de biomassa igual ao controle ZM (p<0,1) (0,79 g L-1). A produção de PHB no ensaio contendo 25 % de resíduo foi a maior, comparado aos demais, chegando a 10,6 % (p/p). A partir dos resultados obtidos verificou-se que é possível aplicar processo cíclico de reutilização do resíduo da extração de PHB no cultivo de microalgas visando a síntese de biopolímeros, reduzindo os problemas ambientais de poluição, mantendo o fluxo de nutrientes e reduzindo custos, reproduzindo assim os sistemas naturais.
- ItemUso de diferentes condições de cultivo para obtenção de biomassa de Spirulina sp. LEB 18 com aplicação de campos magnéticos(2018) Veiga, Mayara Copello; Santos, Lucielen Oliveira dosMicroalgas podem ser consideradas um dos mais eficientes sistemas biológicos de transformação de energia solar em compostos orgânicos. Por apresentar em sua composição aminoácidos essenciais, vitaminas, pigmentos, ácidos graxos poli-insaturados e sais minerais, bem como elevado teor proteico, a adição da biomassa de Spirulina pode ser empregada para melhorar o valor nutricional de produtos alimentícios. A aplicação de campos magnéticos (CM) em cultivos destaca-se devido sua capacidade de interação com funções biológicas dos organismos, através de alterações no crescimento celular. Portanto, o objetivo do estudo foi realizar modificações nas condições de cultivo e aplicar CM no cultivo de Spirulina sp. LEB 18 para obtenção de biomassa com potencial aplicação em suplementos proteicos. Os cultivos foram realizados durante 16 d em fotobiorreatores tubulares verticais de 2 L com volume útil de 1,8 L, mantidos em estufas termostatizadas com fotoperíodo de 12 h (claro/escuro), iluminância de 30 µmol m-2 s -1 , aeração de 0,3 vvm e concentração inicial de biomassa de 0,2 g L -1 . Avaliou-se nos ensaios a utilização de diferentes temperaturas (30ºC e 35ºC), concentrações de nitrato de sódio (NaNO3) (2,5 g L-1 e 1,875 g L -1 ) no meio Zarrouk e aplicação de 30 mT e 60 mT, através da fixação de ímãs de ferrite ao redor do fotobiorreator. No cultivo controle, os ímãs foram substituídos por material inerte de mesma dimensão. Durante o cultivo determinou-se concentração de biomassa, pH, parâmetros cinéticos de crescimento e composição proximal da biomassa. Nas melhores condições de cultivo determinou-se a composição proximal, bem como digestibilidade proteica in vitro e solubilidade proteica. Obteve-se maior concentração de biomassa ao utilizar 60 mT, 30ºC e 1,875 g L-1 de NaNO3, sendo esta 27,1 % superior ao cultivo controle. Não houve diferença na concentração de proteínas na biomassa para os ensaios realizados, mas a aplicação de 60 mT reduziu em 247,5 % a concentração de carboidratos. A biomassa com maior digestibilidade proteica in vitro foi encontrada no cultivo controle (78,4 %), porém a maior solubilidade foi encontrada na biomassa obtida no cultivo exposto a 60 mT, sendo 89 % em pH 6. Sendo assim, pode-se concluir que a biomassa obtida no cultivo submetido a exposição de CM é promissora para ser utilizada como ingrediente no desenvolvimento de suplementos proteicos.
- ItemProdução de macromoléculas no cultivo de Spirulina e Chlorella com CO2, cinzas e redução da fonte de nitrogênio(2018) Braga, Vagner da Silva; Morais, Michele Greque deAs mudanças climáticas têm estimulado a busca por alternativas para minimizar os problemas ambientais causados pelo CO2, principal gás do efeito estufa. Nesse sentido, micro-organismos fotossintetizantes como as microalgas se destacam, pois possuem capacidade de utilizar diretamente CO2 para produzir biomoléculas. Além disso, cinzas provenientes da queima do carvão mineral podem ser utilizadas em cultivo microalgal, uma vez que contêm micronutrientes essenciais para o crescimento celular. A adição de CO2, cinzas bem como a redução da fonte de nitrogênio podem alterar a composição da biomassa microalgal e incrementar o acúmulo de compostos de reserva como lipídios, carboidratos e PHB em relação ao conteúdo proteico. Desta forma, o objetivo deste estudo foi estimular a produção de biomoléculas a partir das microalgas Spirulina sp. LEB 18 e Chlorella fusca LEB 111 cultivadas com redução da fonte de nitrogênio e diferentes concentrações e fontes de carbono bem como cinzas oriundas da indústria termelétrica. O trabalho foi dividido em três partes; a primeira e segunda etapas foram realizadas com Spirulina e a terceira com Chlorella fusca utilizando 10 e 50% da concentração de NaNO3 do meio de cultivo, respectivamente. Primeiramente foram testados os tempos de injeção de 1 e 5 min e as vazões de 0,05 e 0,3 vvm (mLmistura. mLmeio-1 . min-1 ) de CO2 a cada 40 min na fase clara do fotoperíodo. Para a segunda etapa foi selecionada a vazão de 0,3 vvm de CO2 injetada a cada 20 min por 1 e 5 min. Nesta etapa foram testadas as concentrações de 0, 120 e 160 ppm de cinzas para verificar o seu potencial para substituir parcialmente os micronutrientes do meio de cultivo. Por fim, o tempo de injeção de 5 min, a vazão de 0,3 vvm injetados a cada 20 min e a adição de 0, 40 e 120 ppm de cinzas foram estudadas para a microalga Chlorella fusca. Ambos experimentos foram conduzidos em biorreatores tubulares, durante 15 d em câmara termostatizada a 30C com iluminância de 41,6 µmolfótons m-2 s -1 e fotoperíodo 12 h claro/escuro. Os parâmetros cinéticos de crescimento, taxa de biofixação de CO2, concentração de carbono inorgânico dissolvido e de nitrogênio foram avaliados ao longo dos ensaios, enquanto que a composição da biomassa (carboidratos, proteínas, lipídios e biopolímero) foram determinadas após o término do cultivo. A utilização de 8,4 g L-1 de NaHCO3 e a adição de 0,3 vvm de CO2 por 5 min para o cultivo de Spirulina proporcionaram a síntese de até 59,1% de carboidratos com produção teórica de bioetanol de 43,1%. Os ensaios com 120 ppm de cinzas apresentaram os melhores parâmetros cinéticos e taxa de biofixação de CO2, independentemente do tempo de injeção de CO2, enquanto que os experimentos com 120 e 160 ppm de cinzas e injeção de CO2 por 1 min apresentaram 63,3 e 61,0% de carboidratos e 46,2 e 44,6 mL de etanol teórico por 100 g de biomassa, respectivamente. Nos cultivos de Chlorella fusca com CO2 e 40 ppm de cinzas foram encontradas as maiores velocidades específicas de crescimento e os menores tempos de geração, sendo estatisticamente (p<0,05) superiores àqueles sem o gás e as cinzas. Neste estudo, observou-se ainda que a redução de 50% da fonte de nitrogênio é uma estratégia para acumular até 35,2% de carboidratos que resulta em 25,5 mL de produção teórica de bioetanol para cada 100g de biomassa. Portanto, a utilização de CO2, cinzas e redução da fonte de nitrogênio representam uma estratégia para minimizar os custos com fontes de nutrientes para o cultivo das microalgas, além da minimização dos problemas ambientais causados por esses efluentes. A utilização destes nutrientes nas condições estudadas permitem o acúmulo de carboidratos que podem ser fermentados para produção de bioetanol.
- ItemSecagem da microalga Spirulina em camada delgada utilizando secador com bomba de calor(2014) Costa, Bruna Roos; Pinto, Luiz Antonio de AlmeidaA Spirulina apresenta propriedades antioxidantes o que favorece seu uso como alimento funcional, fato que tem motivado a sua comercialização para a formulação de alimentos diversos e com finalidades terapêuticas. A secagem ganha importância durante produção de Spirulina, uma vez que a umidade necessária, para garantir que não ocorra degradação da biomassa desidratada durante o armazenamento, é alcançada através do conhecimento dos parâmetros que caracterizam a operação. Neste estudo foi utilizada a secagem com bomba de calor, um método alternativo, pois viabiliza a operação com temperaturas inferiores as tradicionalmente utilizadas, além de seu funcionamento ser independente das condições meteorológicas do ambiente. O trabalho experimental da secagem de Spirulina sp. foi iniciado com um estudo comparativo entre a secagem com bomba de calor (SBC) e a secagem tradicional (ST). O efeito dos diferentes métodos utilizados sob a amostra foi comparado em relação à cinética da operação e as características da microalga desidratada (cor, ficocianina, compostos fenólicos totais e atividade antioxidante total). As temperaturas do ar foram de 50 e 60ºC e a umidade absoluta da SBC foi dez vezes inferior a utilizada durante a ST. Os parâmetros que caracterizam a secagem foram influenciados pela temperatura do ar, bem como, pela baixa umidade absoluta na SBC. Os valores do tempo total da SBC foram 40% inferiores aos encontrados para a secagem ST, em ambas as temperaturas do ar. A maior preservação das características da Spirulina foi obtida na SBC e temperatura do ar de 50°C, e nesta condição os valores foram 14% (ficocianina), 60% (compostos fenólicos) e 10% (atividade antioxidante) superiores aos encontrados na mesma condição para a ST. Isto evidencia que o método de secagem é determinante na qualidade do produto desidratado. Posteriormente, foi realizado o estudo da cinética da SBC, bem como a otimização da operação de secagem e a reidratação das amostras desidratadas nas diferentes condições de secagem. O estudo foi realizado através de um planejamento fatorial 32, tendo como fatores de estudo a temperatura do ar (30, 40 e 50ºC) e a espessura da bandeja (1, 3 e 5 mm). As respostas utilizadas foram ficocianina, compostos fenólicos, atividade antioxidante total e cor da microalga desidratadas. Também foram realizadas a microscopia eletrônica de varredura (MEV) e as curvas termogravimétricas (DSC) das amostras desidratadas. A secagem apresentou um curto período de taxa constante, delimitado pela umidade crítica, sendo que, seus valores foram influenciados apenas pela temperatura do ar de secagem. O modelo Logarítmico forneceu elevados valores de R2ajust e os menores valores de soma dos erros quadráticos (SSE) e de critério informativo de Akaike (AIC). Os valores das energias de ativação para as espessuras de 1, 3 e 5 mm, foram na faixa de 20-23 kJ mol-1. A condição de operação mais adequada, para a secagem de Spirulina sp. com bomba de calor, foi obtida na temperatura do ar de 50°C e espessura da bandeja de 5 mm, com valores de ficocianina, compostos fenólicos, atividade antioxidante total e diferença de cor de 19,60 mg g-1, 1508 µgEAG g-1, 52,6% e 5,71, respectivamente. Os termogramas (DSC) evidenciaram que em 50 ºC e espessura de 5 mm, o produto apresentou maior estabilidade térmica. As amostras de Spirulina sp. desidratadas apresentaram estrutura morfológica (MEV), aparentemente, rígida e heterogênea, e os seus percentuais de reidratação corresponderam a 85-91% da umidade da microalga in natura.
- ItemSíntese, extração e caracterização de biopolímeros de origem microalgal para desenvolvimento de nanofibras(2014) Martins, Roberta Guimarães; Costa, Jorge Alberto Vieira; Morais, Michele Greque dePesquisas com microalgas estão crescendo devido aos possíveis bioprodutos oriundos de sua biomassa, bem como as suas diferentes aplicabilidades. Microalgas podem ser cultivadas para a produção de biopolímeros com características de biocompatibilidade e biodegradabilidade. Nanofibras produzidas por electrospinning a partir de poli-β-hidroxibutirato (PHB) geram produtos com aplicabilidade na área de alimentos e médica. O objetivo deste trabalho foi selecionar microalgas com maior potencial para síntese de biopolímeros, em diferentes meios de cultivo, bem como purificar poli-β-hidroxibutirato e desenvolver nanofibras. Este trabalho foi dividido em cinco artigos: (1) Seleção de microalgas produtoras de biopolímeros; (2) Produção de biopolímeros pela microalga Spirulina sp. LEB 18 em cultivo com diferentes fontes de carbono e redução de nitrogênio; (3) Síntese de biopolímeros pela microalga Spirulina sp. LEB 18 em cultivos autotróficos e mixotróficos; (4) Purificação de poli-β- hidroxibutirato extraído da microalga Spirulina sp. LEB 18; e (5) Produção de nanofibras a partir de poli-β-hidroxibutirato de origem microalgal. Foram estudadas as microalgas Cyanobium sp., Nostoc ellipsosporum, Spirulina sp. LEB 18 e Synechococcus nidulans. Os biopolímeros foram extraídos nos tempos de 5, 10, 15, 20 e 25 d de cultivo a partir de digestão diferencial. Para os experimentos com diferentes nutrientes, foi utilizado como fonte de carbono, bicarbonato de sódio, acetato de sódio, glicose e glicerina modificando-se as concentrações de nitrogênio e fósforo. Os cultivos foram realizados em fotobiorreatores fechados de 2 L. A concentração inicial de inóculo foi 0,15 g.L-1 e os ensaios foram mantidos em estufa termostatizada a 30 ºC com iluminância de 41,6 µmolfótons.m -2 .s -1 e fotoperíodo 12 h claro/escuro. Para a purificação de PHB, foi utilizada a biomassa da cianobactéria Spirulina sp. LEB 18, cultivada em meio Zarrouk. Após a extração do biopolímero bruto, a amostra foi desengordurada com hexano e purificada com 1,2-carbonato de propileno. Foram determinadas as purezas e as propriedades térmicas no PHB purificado. O biopolímero utilizado para produzir as nanofibras apresentava 70 % de pureza. A técnica para produção de nanofibras foi o electrospinning. As microalgas que apresentaram máxima produtividade foram Nostoc ellipsosporum e Spirulina sp. LEB 18 com rendimento de biopolímero 19,27 e 20,62 % em 10 e 15 d, respectivamente, na fase de máximo crescimento celular. O maior rendimento de biopolímeros (54,48 %) foi obtido quando se utilizou 8,4 g.L-1 de NaHCO3, 0,05 g.L-1 de NaNO3 e 0,1 g.L-1 de K2HPO4. A condição que proporcionou maior pureza do PHB foi a 130 ºC e 5 min de contato entre o solvente (1,2-carbonato de propileno) e o PHB. As análises térmicas para todas as amostras foram semelhantes em relação ao PHB padrão (Sigma-Aldrich). A purificação com 1,2-carbonato de propileno foi eficiente para o PHB extraído de microalga, alcançando pureza acima de 90 %. A condição que apresentou menores diâmetros de nanofibras foi ao utilizar solução contendo 20 % de biopolímero solubilizado em clorofórmio. As condições do electrospinning que apresentou nanofibras com diâmetros de 470 e 537 nm foram, vazão 150 µL.h-1 , diâmetro do capilar 0,45 mm e voltagens entre 24,1 e 29,6 kV, respectivamente. A microalga Spirulina sp. LEB 18 produz PHB ao utilizar menores concentrações de nutrientes no meio de cultivo, que pode ser purificado com 1,2-carbonato de propileno. Este biopolímero possui aplicabilidade para produção de nanofibras.