Produção da microalga Spirulina (Arthrospira) em cultivo semicontínuo e diferentes concentrações de nutrientes

Abstract

Spirulina (Arthrospira) é uma microalga fotossintética, encontrada em ambientes alcalinos e é uma das mais produzidas no mundo. Sua biomassa possui alto valor nutricional e agregado. Apresenta alto teor protéico e é rica em compostos bioativos, como aminoácidos essenciais, ácidos graxos, pigmentos e vitaminas. Um sistema de produção de biomassa microalgal depende de muitos fatores, entre eles, o desenvolvimento de um meio de cultivo economicamente viável. O objetivo do presente trabalho foi estudar a influência da concentração de nutrientes no meio de cultivo para a produção da microalga Arthrospira em biorreatores tipo “raceway” e modo semicontínuo. Para os cultivos foi utilizado meio Zarrouk que teve as fontes de carbono, nitrogênio e fósforo mantidas nas concentrações padrões e os demais nutrientes (solução B) foram variados em 25% (Z-B25), 50% (Z-B50), 75% (Z-B75) e 100% (Z-100). Foram realizados ensaios com diferentes volumes do meio de cultura, 5L e 2 500 L. Nos ensaios realizados em biorreatores com volume de meio de 5 L a velocidade específica máxima de crescimento e a produtividade foram reduzidas com o consumo dos nutrientes pela microalga. Os máximos valores de velocidade específica de crescimento (0,184 d-1) e produtividade (48,03 mg.L-1.d-1) foram observados no ensaio Z-B50. Os ensaios Z-B50 e Z-B75 apresentaram velocidade específica máxima de crescimento e produtividade sem diferença significativa (p>0,15) a partir do terceiro ciclo de crescimento. No inicio do terceiro ciclo as concentrações de nitrogênio e fósforo apresentaram reduções de 21,2 e 15,7% (Z-B50) e 29,9 e 12,9% (Z-B75), respectivamente. Para cada ensaio foram realizadas análises de composição química da biomassa a cada ciclo de crescimento do cultivo. O maior teor protéico (48,8±4,1%) foi encontrado na biomassa de Arthrospira no ensaio Z-100. O ensaio ZB50 apresentou biomassa contendo 46,10±2,59% de proteína por um período de, aproximadamente, 50 d. Os cultivos em biorreatores com volume de meio de 2 500 L foram realizados em condições ambientais não controlas e foi utilizado água da Lagoa Mangueira para diluição do meio Zarrouk. A temperatura e a iluminância variaram de 16 a 42ºC e 26,3 a 105,2 klux, respectivamente. As máximas velocidades específicas de crescimento e produtividades, respectivamente, 0,276 d-1 e 148,36 mg.L-1.d-1 (ZB50) e 0,368 d-1 e 95,60 mg.L-1.d-1 (Z-100), foram encontradas no período com maior média de temperatura,. Para estes ensaios, a concentração de proteína na biomassa não apresentou diferença significativa (p>0,05). A concentração de lipídios na biomassa, ao final dos ensaios, apresentou redução em relação a concentração inicial de 22 e 52% para os ensaios Z-B50 e Z-100, respectivamente.

Spirulina (Arthrospira) is a photosynthetic microalgae found in alkaline environmental and it is one of the most produced in the world. The chemical composition of Spirulina’s biomass indicates that it has high nutritional value due its composed of a wide range of biologically active compounds, such as vitamins, pigments, fatty acids and essential amino acids. A production system of microalgae biomass depends on several factors, such as, the development of economic culture medium. The objective of this work was studied the influence of nutrients concentration on culture medium for the production Arthrospira microalgae in open raceway ponds and semicontinuous process. For the experiments, was used Zarrouk’s medium, where carbon, nitrogen and phosphorous sources were used at standard concentration and the concentration of the others nutrients (B-solution) were varied to 25% (Z-B25), 50% (Z-B50), 75% (Z-B75) and 100% (Z-100). Two experiments were performed with different culture medium volume, 5 L and 2 500 L. In an experiment performed with medium volume of 5 L, was observed a reduction on maximum specific growth rate and productivity according the nutrients consumed by microalgae. The maximum values of specific growth rate (0.184 d-1) and productivity (48.03 mg.L-1.d-1) were observed an experiment Z-B50. After the third growth cycle, the maximum specific growth rate and productivity didn’t show significant difference (p>0.15) for experiments Z-B50 and Z-B75. In the beginning of the third cycle, nitrogen and phosphorous concentrations showed a reduction of 21.1 and 15.7% for Z-B50 medium, 29.9 and 12.9% for Z-B75, respectively. For each cycle growth, analyses of chemical composition were performed from the biomass of each experiment. The highest protein content (48.8±4.1%) was found out in the Arthrospira biomass at Z-100 test. In the essay Z-B50, the biomass protein content was 46.10±2.59% for a period of 50 days, approximately. The process on bioreactor that used 2 500 L of medium volume, was carried out in environmental conditions and was utilized Mangueira Lagoon water for dilution Zarrouk’s medium. The temperature and illumination were varied between 16 to 42ºC and 26.3 to 105.2 klux, respectively. The maximum specific growth rate and productivity were, 0.276 d-1 and 148.36 mg.L-1.d-1 (ZB50) and 0.368 d-1 and 95.60 mg.L-1.d-1 (Z-100), respectively, found out in a period that presented the highest average temperature. For these experiments, the protein concentration of biomass did not show significant difference (p>0.05), already, the lipid concentration showed a reduction when compared an initial concentration of 22 and 52% for Z-B50 and Z-100 experiments, respectively.