Cultivo de microalgas utilizando pentoses como fonte de carbono

Abstract

As microalgas podem ser consideradas como um dos mais eficientes sistemas biológicos de transformação de energia solar em compostos orgânicos. Quando cultivadas em meios adequados, certas espécies podem duplicar sua biomassa diariamente. Além disso, possuem inúmeras vantagens, como: elevada velocidade de crescimento; potencial para absorver CO2, reduzindo assim a quantidade de emissões deste gás na atmosfera e diminuindo o efeito estufa. O objetivo do trabalho foi estudar o efeito do uso de pentoses no cultivo de Chlorella minutissima, Chlorella vulgaris, Chlorella homosphaera, Dunaliella salina, Spirulina paracas e Synechococcus nidulans, avaliando o perfil cinético do crescimento e a capacidade de produção de carboidratos e proteínas. Para o cultivo das microalgas foram utilizados os meios: Zarrouk, Bristol`S Modificado e DUN. Em todos os meios o componente nitrogenado foi reduzido pela metade e utilizado 1%, 5%, 10%, 20% e 30% de pentoses, com concentrações de xilose e arabinose que representassem as mesmas presentes em caldo hidrolisado do bagaço de cana de açúcar pré-tratado. Os cultivos foram realizados em fotobiorreatores de 2 L, mantidos em estufa a 30 ºC, fotoperíodo de 12h claro/escuro e 2500 Lx, com agitação a uma vazão de 0,75 v.v.m. . O crescimento de biomassa foi monitorado diariamente pela densidade ótica das culturas em espectrofotômetro a 670nm. Foram avaliados parâmetros cinéticos como a concentração máxima de biomassa, produtividade máxima e velocidade específica máxima de crescimento. A determinação do consumo das pentoses foi realizada através da metodologia de Somogy e Nelson, para a determinação de carboidratos foi utilizada uma adaptação do método do ácido 3,5 dinitro salicílico, as proteínas foram quantificadas pelo método de micro-Kjeldahl. Todas as microalgas foram capazes de consumir em no máximo quatro dias as concentrações de pentoses, e logo após esta etapa mixotrófica manter-se em crescimento autotrófico, destacando-se as cepas de Dunaliella salina e Synechococcus nidulans que esgotaram as maiores concentrações utililizadas em dois dias de cultivo. Para as cianobactérias estudadas, Spirulina paracas cultivada com 10% de C5, foi a que obteve os melhores resultados de concentração celular, produtividade e velocidade específica de crescimento máxima, 1,364 g.L-1 , 0,128 g.L-1 .dia-1 e 0,240 dia-1 . Em relação ao efeito na composição da biomassa, Synechococcus nidulans produziu o maior teor de proteínas, 62,9%, nos ensaios com 10% de C5. Já as cepas de Chlorophytas os melhores resultados foram obtidos com o uso de 5% de C5, para os parâmetros cinéticos destacam-se os valores encontrados para Dunaliella salina, onde a maior concentração de biomassa, produtividade e velocidade específica de crescimento foram 1,246 g.L-1 , 0,091 g.L- 1 .dia-1 e 0,379 dia-1 , respectivamente. Chlorella minutissima e Dunaliella salina foram as melhores produtoras de carboidratos, alcançando 58,6%/0,3 g.L-1 e 23,07%/0,29 g.L-1 ,respecivamente. Logo, o uso de pentoses nas microalgas em substituição as fontes tradicionais de carbono, resultou no crescimento das mesmas, o que mostra que estas podem agir como intermediários para a absorção de açúcares de cinco carbonos.

Microalgaes can be considerated the most efficient transformation biologic system of solar energy in organic composts. When cultivated in adequate medium, some species can duplicate their biomass daily. Moreover, they have numerous advantages, as: high growing speed, have potential to absorb CO2, reducing the quantity of this gas on atmosphere and so decreasing the greenhouse effects. The work objective was study the effect of using pentose on the Chlorella minutíssima, Chlorella vulgaris, Chlorella homosphaera, Dunaliella salina, Spirulina paracas and Synechococcus nidulans, evaluating the kinetic growing profile and the capacity of carbohydrates fermentable production. For microalgaes cultivation was used the mediums: Zarrouk, Modified Bristol`S and DUN. All the mediums had the content of nitrogen reduced by half and utilized 1%, 5%, 10%, 20% and 30% of pentoses, with xylose and arabinoses concentration who represents the same present in broth hydrolyzed sugarcane bagasse pretreated. The cultures were performed in duplicate on 2 L fotobioreactors, kept in stoves at 30 °C, photoperiod of 12 h light/dark and 250 Lx with 0,75 v.v.m agitation. The biomass growing was daily monitored by the optic density of culture by spectrophotometer at 670 nm. Kinetic parameters were evaluated as maximum biomass concentration, maximum productivity and maximum specific growing speed. The pentoses consume determination was realized by Somogy and Nelson methodology, for carbohydrates determination was used an adaptation of 3,5- dinitrosalicylic acid method and the proteins were quantified by micro-kjeldahl method. All microalgaes were able to consume in maximum four days the pentoses concentration, and after this mixotrophic stage keep in autotrophic grow, standing out the strains of Dunaliella salina and Synechococcus nidulans who consumed the major concentrations utilized in two days of culture. For the studied cyanobacterias, Spirulina paracas cultivated with 10 % of C5, was who obtained the better results of cellular concentration, productivity and maximum specific growing speed, 1,364 g.L-1 , 0,128 g.L-1 .day-1 and 0,240 day-1 . About the effect on biomass composition, Synechococcus nidulans produced the higher protein content, 62,9% and 33,3 g.L-1 trials with 5% of C5. Already the strains of Chlorophytas the best results were obtained with the use of 5% of C5, for the kinetics parameters stands out the values found for Dunaliella salina, where the highest biomass concentration, productivity and specific growing speed, were 1,246 g.L-1 , 0,091 g.L-1 .day-1 and 0,379 day-1 , respectively. Chlorella minutissima e Dunaliella salina were the best carbohydrates producers reaching 58,6%/0,3 g.L-1 and 23,07%/0,29 g.L-1 , respectively. Therefore, the use of pentoses on microalgaes in substitution for traditional carbon source, results in them growing, which shows that they can work as intermediaries to five carbons sugar absorption.