EQA - Escola de Química e Alimentos
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- ItemPurificação simultânea de anidrase carbônica e C-ficocianina(2018) Lucas, Andressa Jantzen da Silva; Kalil, Susana JulianoA biomassa microalgal é uma fonte potencialmente atrativa para obtenção de diversos bioprodutos, dentre eles a C-ficocianina e a anidrase carbônica. C-ficocianina é um pigmento fotossintético acessório da família das ficobiliproteínas e tem sido utilizada como corante natural na indústria de alimentos. A anidrase carbônica é uma metaloenzima que catalisa a hidratação reversível do dióxido de carbono (CO2 ) com alta eficiência, sendo utilizada para captação de CO2 através de sistemas biológicos. Os métodos de extração, separação, purificação e a qualidade da matéria-prima desempenham papéis importantes durante o processo. Muitos métodos podem ser aplicados para purificação de bioprodutos, tais como precipitação, ultrafiltração, sistema aquoso bifásico ou a combinação destes seguido de uma ou mais etapas cromatográficas. A precipitação utilizando sulfato de amônio é uma das técnicas mais adotadas, tanto em escala laboratorial como industrial. A ultrafiltração tem ganhado importância na purificação de bioprodutos, pois pode ser aplicada na produção em larga escala e é simples de ser realizada. Além disso, esta técnica é normalmente realizada à temperatura ambiente, o que minimiza o dano térmico ao produto. Neste estudo, as técnicas de precipitação com sulfato de amônio e ultrafiltração foram utilizadas para purificar simultaneamente C-ficocianina e anidrase carbônica a partir de biomassa úmida de Spirulina platensis LEB-5 2 . No primeiro artigo, foi estudado a precipitação direta utilizando diferentes faixas de saturações de sulfato de amônio (40, 50 e 60%) e diferentes valores de pH (6, 7 e 8). Através de um delineamento fatorial 2 2 com pontos centrais verificou-se que para alcançar um maior fator de purificação para anidrase carbônica e C-ficocianina deve-se utilizar pH 8 e saturação de sulfato de amônio de 60%, obtendo-se fator de purificação de anidrase carbônica e C-ficocianina de 572,2 e 2,6 vezes, respectivamente, valores esses associados a uma elevada recuperação, 90% e 3233% para C-ficocianina e anidrase carbônica. Além disso, C-ficocianina com pureza de grau alimentar (0,71) foi obtida. Os dois bioprodutos foram separados, uma vez que C-ficocianina foi obtida na fração precipitada e anidrase carbônica na fração sobrenadante. A influência do sulfato de amônio na atividade enzimática da anidrase carbônica (U/mL) também foi avaliada, onde a atividade da anidrase carbônica (U/mL) aumentou conforme o incremento na concentração de sal. No segundo artigo, fez-se uso da precipitação fracionada com sulfato de amônio e também verificou-se que foi possível separar C-ficocianina e anidrase carbônica. Para purificação simultânea dos dois bioprodutos os melhores resultados obtidos foram utilizando pH 8 e fracionamento na faixa de 0-20% / 20-50% de saturação de sulfato de amônio. Nestas condições foram obtidos fator de purificação de 347,0 vezes e recuperação de 3049% para anidrase carbônica e fator de purificação de 2,0 vezes e recuperação de 85% para C-ficocianina com pureza de 0,75. Não foi possível purificar simultaneamente C-ficocianina e anidrase carbônica utilizando ultrafiltração. Ao utilizar tubos Vivaspin® 15 Turbo, pode-se concluir que a membrana de 50 kDa permitiu a passagem dos dois bioprodutos e a de 100 kDa reteve os dois bioprodutos devido à incrustação da membrana. Ao se utilizar membrana de 100 kDa na ultrafiltração com célula também pode-se perceber que tanto a C-ficocianina quanto a anidrase carbônica permaneceram na fração retida, fazendo com que estas condições não se apliquem ao processo de separação.
- ItemSecagem de Spirulina platensis: análise das técnicas de leito de jorro e camada delgada(2006) Oliveira, Elizangela Gonçalves de; Pinto, Luiz Antonio de AlmeidaA microalga Spirulina platensis tem sido comercializada e estudada pelo seu potencial nutricional devido ao seu elevado conteúdo de proteínas, pró-vitaminas e ácidos graxos insaturados; e também, por apresentar potencial terapêutico no tratamento de algumas doenças. Para preservar a Spirulina após a colheita e para sua incorporação no alimento, a mesma precisa ser submetida a uma operação de secagem. O objetivo geral deste trabalho foi avaliar a secagem da microalga Spirulina platensis em camada delgada e em leito de jorro. Tendo como objetivos específicos avaliar a influência da temperatura, carga de amostra, tipo de geometria de leito de jorro e concentração de suspensão nas propriedades funcionais e conteúdo de ficocianina na biomassa seca em camada delgada e em leito de jorro. A matéria-prima utilizada foi cedida pelo Laboratório de Engenharia Bioquímica/DQ/FURG, extraída da Lagoa Mangueira localizada na região sul do Rio Grande do Sul. A biomassa foi filtrada e prensada até a umidade de 76% para a camada delgada, já para o leito de jorro a Spirulina foi diluída a diferentes concentrações. A microalga foi seca em um secador descontínuo de bandeja com escoamento perpendicular do ar, nas temperaturas de 50 e 60°C e carga na bandeja de 4 e 6 kg/m2. Foi utilizado o leito de jorro cone-cilíndrica tipo CSB e JSB, com taxa de alimentação de suspensão de 0,4 kg/h.kg de inerte, taxa de circulação de 1,8 e temperatura de saída de ± 70°C. Foram avaliadas a solubilidade protéica em meio aquoso e ácido, digestibilidade “in vitro” e o conteúdo de ficocianina da Spirulina in natura e após a secagem. Os resultados demonstram que a secagem de Spirulina platensis em camada delgada com escoamento perpendicular do ar ocorreu durante o período de taxa decrescente, não apresentando taxa constante. Para a solubilidade em meio ácido a temperatura e a carga de amostra foram significativas, sendo que a melhor região de trabalho foi de 60°C e 4kg/m2. O secador de leito de jorro teve um comportamento estável, não apresentando colapso nas condições operacionais. A concentração de suspensão de Spirulina 5% apresentou melhores resultados em relação a solubilidade protéica em meio aquoso e a digestibilidade “in vitro”. As duas técnicas de secagem apresentaram um aumento similar na solubilidade em meio aquoso. O secador de leito de jorro (CSB) apresentou maior recuperação de ficocianina quando comparado ao produto seco em camada delgada.
- ItemMoisture sorption characteristics of microalgae Spirulina platensis(2009) Oliveira, Elisangela Gonçalves de; Rosa, Gabriela da Silveira; Moraes, Mariana Agostini de; Pinto, Luiz Antonio de AlmeidaIn recent times, the microalgae Spirulina platensis has been used as a functional ingredient in several food applications; its process involving drying and storage steps. Moisture equilibrium data for adsorption isotherms of microalgae Spirulina were investigated at 10, 20 and 30°C and for desorption, at 40, 50 and 60°C, using the gravimetric static method. The experimental data were analyzed by GAB and BET models. The GAB equation showed the best fitting to the experimental data with R² ≈ 99% and MRE < 10%. The water surface area values calculated by GAB and BET models were very similar. The isosteric heats were determined by application of Clausius-Clapeyron equation to sorption isotherms obtained from the best-fitting equation. The isosteric heat and the entropy of desorption isotherm presented similar behavior, with a sharp change in an equilibrium moisture content of 10%. The enthalpy-entropy compensation theory was applied to the isotherms, indicating that they are enthalpy-controlled.
- ItemOptimisation of Spirulina platensis convective drying: evaluation of phycocyanin loss and lipid oxidation(2010) Oliveira, Elisangela Gonçalves de; Duarte, Jéssica; Barros, Kelly Moraes de; Crexi, Valéria Terra; Pinto, Luiz Antonio de AlmeidaThe aim of the study was the optimisation of Spirulina platensis drying on convective hot air through the response surface methodology. The responses were thiobarbituric acid (TBA) and phycocyanin loss percentage values in final product. Experiments were carried out in perforated tray drier with parallel air flow, and the wet samples thickness and drying air temperatures were in range of 3–7 mm and 50–70 °C, respectively. The statistical analysis showed significant effect (P < 0.05) for air temperature and samples thickness. In the best drying condition, 55 °C and 3.7 mm, presented the phycocyanin loss percentage and the TBA values of approximately 37% and 1.5 mgMDA kg−1, respectively. In this drying condition, the fatty acids composition of the microalgae Spirulina did not show significance difference (P > 0.05) in relation to fresh biomass. The lipid profile of dried product presented high percentage of polyunsaturated fatty acids (34.4%), especially the gamma-linolenic acid (20.6%).
- ItemPotencial antifúngico, antioxidante e inibidor da produção de aflatoxina por extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis(2012) Souza, Michele Moraes de; Furlong, Eliana BadialeA contaminação fúngica acarreta alterações na qualidade nutricional e no valor econômico de produtos alimentícios podendo causar danos patológicos em plantas, animais e humanos. A identificação da atividade antioxidante, antifúngica e antimicotoxinas, em extratos de microalgas com propriedade de inibir a multiplicação de fungos e subseqüente produção de micotoxinas abre a perspectiva de empregar substâncias mais eficientes e com maior ação específica contra estes microorganismos. Entre os compostos com propriedades inibidoras de radicais livres, de crescimento fúngico e produção de micotoxinas, destacam-se os compostos fenólicos, que podem inibir a atividade metabólica microbiana, dificultando a atividade de enzimas. Neste estudo foram avaliados o poder de inibição de multiplicação fúngica de Rhizopus oryzae e Aspergillus flavus pelos extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis, bem como sua atividade antioxidante, e a atividade antimicotoxinas da última microalga contra Aspergillus flavus. O conteúdo de fenóis totais foi em média 1000 µgfenóis/g Spirulina platensis e 600 µgfenóis/g Chlorella sp., sendo que o acido gálico e o cafeíco foram identificados como compostos majoritários na Spirulina platensis. As determinações de glicosamina (parede celular) e ergosterol (membrana celular) mostraram-se bons indicativos do desenvolvimento microbiano permitindo uma boa estimativa da inibição dele. O extrato fenólico de Spirulina platensis apresentou capacidade de inibir cerca de 50% a formação da parede e da membrana celular para ambos os fungos estudados e de 100% a produção de aflatoxina B1 até o 10º dia de cultivo do Aspergillus flavus. Além disso, o extrato metanólico de Spirulina platensis inativou 53,5% o DPPH reativo, limitou o escurecimento enzimático ocasionado pela peroxidase em 55% e inibiu a peroxidação lipídica em 46% após 14 dias de armazenamento sob luz. Estes resultados mostram que a ação antifúngica, antimicotoxinas e antioxidante está naturalmente presente em alguns tecidos microbianos e que encontrar a forma de extraí-los e aplicá-los como conservantes alimentícios é muito promissor para substituição aos antifúngicos e outros conservantes químicos.
- ItemProdução, avaliação e aplicação de filmes nanocompósitos obtidos a partir de extrato proteico da microalga spirulina platensis(2013) Furtado, Ariane Schmidt; Prentice-Hernández, CarlosA microalga Spirulina platensis é uma fonte renovável e não-convencional de proteínas que pode ser aplicada na confecção de filmes biopoliméricos, para serem utilizados na produção de embalagens biodegradáveis, minimizando agressões ao meio ambiente e agregando valor a esta matéria-prima antes utilizada principalmente como ração animal. Com base nisso, este trabalho teve por objetivo a produção, avaliação e aplicação de filmes nanocompósitos obtidos a partir de extrato proteico proveniente da microalga Spirulina platensis. Para tanto, inicialmente foi obtido um extrato proteico da Spirulina (EPS) através de extração química por variação do pH. Este extrato, contendo 64 % de proteína (base seca), foi avaliado quanto à sua composição de aminoácidos e caracterizado quanto à sua funcionalidade (solubilidade; capacidade de retenção de água e óleo; capacidade espumante; estabilidade espumante). Posteriormente, o EPS foi utilizado como matéria-prima para obtenção de filmes proteicos nanocompósitos com adição de nanoargila montmorilonita (MMT). A obtenção dos mesmos foi realizada através do preparo de soluções filmogênicas, seguido da técnica de casting e secagem a 40 °C (±2 °C) em estufa com circulação de ar. Foram utilizados dois tipos de planejamento: um para avaliar as variáveis do processo de obtenção dos filmes (Planejamento Fatorial Fracionário) e outro para determinar as melhores condições de obtenção dos filmes (Delineamento Central Composto Rotacional - DCCR). Os filmes foram avaliados quanto às suas propriedades mecânicas (resistência à tração - RT, e elongação) e ópticas (diferença de cor - ΔE* e opacidade – Y %), espessura, permeabilidade ao vapor de água (PVA), solubilidade em água e umidade (U %). Com base na menor PVA (8,51 g.mm.(kPa. d. m2 ) -1 ) e umidade (12,7 %), o filme escolhido para ser utilizado como parte de um sistema de embalagem individual para massa de pizza teve a seguinte formulação: 4,5 g de EPS, 1,35 g de glicerol e 0,1 g de MMT em 150 mL de água destilada, pH 11,0 e temperatura final do processo de 75 °C (ensaio 5 do DCCR). Ele foi um dos filmes menos espesso (0,092 mm), elástico (elongação de 16 %), escuro e opaco, apresentou RT de 2,49 MPa (dentre as maiores) e foi o mais solúvel dos filmes, com solubilidade de 69,2 %. Foi avaliada a eficiência deste filme como parte do sistema de embalagem através de análises de perda de massa, textura e contagem de bolores e leveduras nas pizzas. Verificou-se que o mesmo não foi eficiente em conservar as massas de pizza, pois permitiu uma grande perda de massa e alterações inaceitáveis na textura, indicando assim uma alta permeabilidade ao vapor de água, o que também é indesejável. De modo geral, concluiu-se que é possível obter um extrato proteico a partir de Spirulina e aplicá-lo como matéria-prima de filmes proteicos nanocompósito com adição de MMT. No entanto, o filme em questão não foi eficiente quando aplicado como embalagem para conservação de massa de pizza.
- ItemSimultaneous Cultivation of Spirulina platensis and the Toxigenic Cyanobacteria Microcystis aeruginosa(2006) Costa, Jorge Alberto Vieira; Morais, Michele Greque de; Dalcanton, Francieli; Reichert, Carolina da Cruz; Durante, Andrei JoséMangueira Lagoon, located in the extreme south of Brazil, has water with physicochemical characteristics such as alkaline pH and carbonate levels propitious for the growth of the cyanobacterium Spirulina platensis. Previously published studies have shown that Mangueira Lagoon water supplemented with small quantities of carbon and nitrogen is suitable for S. platensis cultivation and can significantly reduce production costs. We studied mixed cultures of Spirulina platensis and the toxic cyanobacterium Microcystis aeruginosa using a 23 factorial design in which the three factors were the initial biomass concentration of S. platensis and M. aeruginosa and the type of culture medium (100% Zarrouk’s medium or 80% Mangueira Lagoon water plus 20% Zarrouk’s medium). The highest S. platensis maximum specific growth rate (μmax) occurred in the culture with the highest M. aeruginosa biomass concentration and when undiluted culture medium was used (μmax = 0.283 dÐ1). The highest M. aeruginosa specific death rate (k) was obtained in the presence of S. platensis (k = 0.555 dÐ1) and was independent of the initial M. aeruginosa biomass concentration and culture medium, demonstrating that S. platensis cultures are not susceptible to contamination by M. aeruginosa. The culture medium had no significant influence (p > 0.05) on S. platensis μmax values, indicating that production costs could be reduced by using a medium consisting of 80% Mangueira Lagoon water plus 20% Zarrouk’s medium.
- ItemViabilidade de bactérias láticas em iogurte adicionado de biomassa da microalga Spirulina platensis durante o armazenamento refrigerado(2007) Perez, Karla Joseane; Guarienti, Cíntia; Bertolin, Telma Elita; Costa, Jorge Alberto Vieira; Colla, Luciane MariaA influência de longos períodos de estocagem sobre a contagem de bactérias láticas viáveis tem sido estudada, uma vez que os produtos lácteos fermentados devem possuir um número mínimo de microrganismos, a partir do qual apresentam efeitos benéficos ao consumidor. A adição de biomassa seca da microalga Spirulina platensis pode influenciar beneficamente a sobrevivência das bactérias iniciadoras durante o armazenamento refrigerado, devido à sua composição em proteínas, vitaminas, aminoácidos essenciais, minerais e ácidos graxos essenciais como ácido - linolênico. Objetivou-se avaliar a viabilidade celular das bactérias láticas sob refrigeração em iogurtes preparados com e sem a adição de extrato seco da microalga Spirulina. O iogurte foi elaborado sob condições assépticas e dividido em três amostras: controle, com adição de 0,5 e 1,0 % de biomassa da microalga Spirulina seca. Estas amostras foram armazenadas a 4ºC durante 0, 15 e 30 dias, sendo realizadas contagens de bactérias láticas nestes períodos. A adição de biomassa de Spirulina platensis influenciou positivamente a sobrevivência das bactérias ácido-láticas durante o armazenamento refrigerado, diminuindo a perda de viabilidade durante os 30 dias de armazenamento refrigerado para as amostras adicionadas de 1,0 % de biomassa de Spirulina platensis.
- ItemSpirulina platensis Growth in Open Raceway Ponds Using Fresh Water Supplemented with Carbon, Nitrogen and Metal Ions(2003) Costa, Jorge Alberto Vieira; Colla, Luciane Maria; Duarte Filho, Paulo FernandoTo investigate the feasibility of using fresh water from Mangueira Lagoon (Rio Grande do Sul, Brazil) for biomass production in open raceway ponds (0.7 m long, 0.18 m wide, 0.075 m deep) we studied the influence of nutrient addition (carbon as sodium bicarbonate, nitrogen as urea, phosphate, sulfate, ferric iron, magnesium and potassium) on the growth rate of the cyanobacteria Spirulina platensis using a 22 factorial design. In unsupplemented lagoon water production of S. platensis was 0.78 ð 0.01 g/l (dry weight basis) while the addition of 2.88 g/l of sodium bicarbonate (without added urea, phosphate, sulfate or metal ions) resulted in 0.82 ð 0.01 g/l after 400 hours of culture. The further addition of phosphate and metal ions resulted in growth for up to 750 h and a final S. platensis biomass of 1.23 ð 0.04 to 1.34 ð 0.03 g/l.
- ItemMixotrophic cultivation of microalga Spirulina platensis using molasses as organic substrate(2007) Souza, Michele da Rosa Andrade Zimmermann de; Costa, Jorge Alberto VieiraSpirulina is a microalga rich in proteins, vitamins and polyunsaturated fatty acids. This microorganism grows photosynthetically but an organic substrate can stimulate its growth. Molasses is a by-product from sugar industry, containing more than 50% of sugar, and potentially useful as substrate to microalgae culture. On the other hand, light is needed to the photosynthetic fixation of CO2. So, we determined the effects of molasses concentration and light levels on mixotrophic biomass production by Spirulina platensis. Molasses concentration was the main factor influencing maximum biomass concentration (Xmax, g L− 1) and maximum specific growth rate (μmax, d−1), although light intensity also influenced both parameters after 11 days. Xmax reached 2.94 g L−1 and μmax 0.147 d−1 while the average maximum productivity (Pmax, g L−1 d−1) of 0.32 g L−1 d−1 occurred within the first few days and was not significantly affected either by the molasses concentration or light. Biomass production was stimulated by molasses, suggesting that this industrial by-product could be used as a low-cost supplement for the growth of Spirulina platensis.