Produção de biomassa e ácidos graxos por diferentes microalgas e condições de cultivo

Abstract

Devido a sua composição bioquímica, as microalgas apresentam o potencial de serem adicionadas diretamente a alimentos e ração animal, ou indiretamente por meio da adição dos biocompostos produzidos pelas mesmas. Além disso podem ser utilizadas na biofixação de CO2 e na produção de biocombustíveis. O objetivo deste trabalho foi produzir biomassa e ácidos graxos por diferentes microalgas e condições de cultivo. Para o desenvolvimento do trabalho, este foi dividido em três etapas: (i) avaliação da influência da atenuação da intensidade luminosa na produção e composição da microalga Tetraselmis suecica F&M-M33; (ii) avaliação do crescimento e produção de ácidos graxos pela microalga Nannochloropsis oculata em cultivos autotróficos e mixotróficos; e (iii) avaliação do crescimento e produção de ácidos graxos pelas microalgas Chlorella vulgaris e Chlorella kessleri em cultivos autotróficos e mixotróficos. No cultivo da microalga T. suecica F&M-M33 a produtividade foi influenciada pela concentração celular mantida nos cultivos bem como pela radiação solar incidida. Quando os ensaios foram realizados em fotobiorreatores inclinados, estes apresentaram produtividade máxima de 0,96 g.L-1 .d-1 . Quando realizados em GWP verticais, dispostos paralelamente, a produtividade máxima obtida foi 0,45 g.L- 1 .d-1 . As máximas concentrações proteicas (49,87 a 51,01%) e lipídicas (22,03 a 23,36%) foram obtidas quando a microalga foi cultivada nos fotobiorreatores verticais e dispostos paralelamente sem interferência de sombreamento nas laterais. Para a microalga N. oculata foram realizados 2 planejamentos fatoriais 2 3 , em que foram variadas a temperatura, concentração de nitrato no meio de cultivo e fonte de carbono. Os máximos valores para o crescimento celular e produtividade foram obtidos no cultivo mixotrófico (0,64 g.L-1 e 141,95 mg.L-1 .d-1 , respectivamente), quando a microalga N. oculata foi cultivada em meio F/2 utilizando 1 g.L-1 de glicose como fonte orgânica de carbono, 75 mg.L-1 de NO3 e 20 ºC. Para o cultivo autotrófico as máximas concentração celular e produtividade (0,62 g.L-1 e 69,78 mg.L-1 .d-1 , respectivamente) foram obtidas quando a microalga foi cultivada com 1 g.L-1 de NaHCO3, 10 mg.L-1 de NO3 e 20 ºC. Os principais ácidos graxos encontrados em ambos os cultivos foram o ácido mirístico (C14:0), ácido palmítico (C16:0), ácido palmitoleico (C16:1), ácido oleico (C18:1) e ácido eicosapentaenoico (EPA, C20:5-3), destacando-se o ácido palmítico (C16:0) que apresentou concentrações de 21,4 a 47% do total dos ácidos graxos analisados. As microalgas Os cultivos das microalgas C. vulgaris e C. kessleri foram avaliados utilizando metodologia de Planejamento Experimental Plackett Burman. A microalga C. vulgaris apresentou concentração celular máxima (0,97 g.L-1 ) no cultivo autotrófico, com fotoperíodo 24 h claro e 6% de CO2. A máxima produtividade (180,68 mg.L-1 .d-1 ) foi obtida no cultivo mixotrófico para C. vulgaris cultivada com 1 g.L-1 de NaHCO3 e 5 g.L-1 de resíduo industrial de oleaginosas (RIO). O ácido palmítico (C16:0) foi o ácido graxo obtido em maiores concentrações tanto para os cultivos autotróficos (21,22 a 53,78%) como para os mixotróficos (25,43 a 45,98%). A concentração de ácidos graxos poliinsaturados (PUFA) variou de 12,19 a 41,17% nos cultivos autotróficos e de 10,98 a 34,26% nos cultivos mixotróficos, mas não foi afetada significativamente (p<0,05) pela microalga utilizada, podendo tanto a C. vulgaris como a C. kessleri serem utilizadas como fonte de ácidos graxos saturados e insaturados.

Due to its biochemical composition, microalgae are a potential group to be added directly, or indirectly by the addition of microalgae produced biocompounds, in food and feed. In addition, while producing the biomass, the culture may be utilized in carbon dioxide biofixation, as well as the final biomass can be directed to second generation biofuels production. The aim of this work was to produce biomass and fatty acids by different microalgae and growing conditions. To develop this work, it was divided into three stages: (i) light mitigation influence in Tetraselmis suecica F&M-M33 production and composition; (ii) growth profile and fatty acids production evaluation by the microalgae Nannochloropsis oculata in autotrophic an mixotrophic cultures; and (iii) growth profile and fatty acids production evaluation by the microalgae Chlorella vulgaris and Chlorella kessleri in autotrophic an mixotrophic cultures. In the T. suecica F&MM33 culture, the productivity was influenced by solar radition and the cultures cellular concentrations. When the cultures were realized in inclined photobioreactor the productivity achieved maximum values of 0.96 g.L-1 .d-1 . When the cultures were realized in vertical GWP arranged in parallel, maximum achieved productivity was 0.45 g.L-1 .d-1 . Maximum protein (49.87 a 51.01%) and lipid (22.03 a 23.36%) concentrations were obtained in cultures with vertical photobioreactors arranged in parallel, avoiding shadow interference among themselves. To the microalgae N. oculata were carried out two 2³ factorial design, where the studied variables were temperature, nitrate concentration in the medium and carbon source. The highest growth rate and biomass productivity were achieved in the mixotrophic culture (0.64 g.L-1 and 141.95 mg.L-1 .d-1 , respectively), when the microalgae N. oculata was cultivated in F/2 media utilizing 1 g.L-1 of glucose as carbon source, 75 mg.L-1 of NO3 and 20 °C. In the autotrophic culture, maximum cellular concentration and productivity culture (0.62 g.L-1 and 69.78 mg.L-1 .d-1 , respectively) were obtained when the microalgae was cultivated 1 g.L-1 of NaHCO3, 10 mg.L-1 of NO3 and 20 °C. The main fatty acids present in the cultures were the myristic acid (C14:0), palmitic acid (C16:0), palmitoleic acid (C16:1), oleic acid (C18:1) and eicosapentaenoic acid (EPA, C20:5-3), with emphasis on C16:0, which appeared in the highest concentrations, representing 21.4 and 47% of the analyzed fatty acids. The culture of C. vulgaris and C. kessleri were evaluated trough a Plackett Burman Experimental Design. The microalgae C. vulgaris presented maximum cellular concentration (0.97 g.L-1 ) in the autotrophic culture with 24 h photoperiod bright/dark and 6% of CO2. Maximum productivity (180.68 mg.L-1 .d-1 ) was obtained by C. vulgaris mixotrophic culture with 1 g.L-1 of NaHCO3 and 5 g.L-1 of industrial waste oilseeds (RIO). The palmitic acid (C16:0) was the fatty acid with the highest concentration in the autrophic culture (21.22 a 53.78%) as well as in the mixotrophic (25.43 a 45.98%). The polyunsaturated fatty acid concentration varied between 12.19 and 41.17% in the autotrophic cultures and between 10.98 and 34.26% in the mixotrophic cultures. However, its production was not statistically affected (p<0,05) by the utilized microalgae. Therefore, both microalgae, C. vulgaris and C. kessleri¸ may be utilized as a saturated and unsaturated fatty acid source.