Abstract:
O crescimento celular da microalga Haematococcus pluvialis e a bioprodução de
carotenoides são influenciados pelas diferentes condições de cultivo. Dentre os
corantes naturais, a astaxantina tem importante aplicação farmacêutica, cosmética e
na indústria de alimentos. Este pigmento além de colorir, possui propriedades
biológicas, dentre elas a atividade antioxidante. A produção de astaxantina através do
cultivo de H. pluvialis pode alcançar até 4% do peso seco da microalga. O objetivo
desse trabalho foi avaliar o crescimento celular, bem como a produção de
carotenoides pela microalga Haematococcus pluvialis em diferentes condições de
cultivo e a atividade antioxidante dos extratos carotenogênicos. Foram utilizados os
meios autotróficos Blue Green-11 (BG-11), BAR (Barbera Medium) e BBM (Bold Basal
Medium) e os meios mixotróficos BBM e glicose e BBM e acetato de sódio,
empregando 10 ou 20% de inóculo em pHs iniciais de 6, 7 ou 8, aeração de 0,30
L.min-1
, sob iluminância de 6 Klx, 24±1ºC durante 15 dias em fotobiorreatores de 1 L. A
concentração celular foi avaliada diariamente através de leitura de absorvância a 560
nm. A ruptura celular foi realizada através de 0,05 g de células secas com 2 mL de
dimetilsulfóxido e a concentração de carotenoides totais determinada a partir de leitura
espectrofotométrica a 474 nm. Os meios de cultivo BG-11, BBM e glicose e BBM e
acetato de sódio apresentaram, respectivamente, o maior crescimento celular e
produção de carotenoides totais de 0,64, 1,18 e 0,68 g.L-1
, e 3026,66, 2623,12 e
2635,38 µg.g-1
, empregando 10% de inóculo em pH inicial de 7. Com base nesses
resultados, foram selecionados esses três meios para dar continuidade ao trabalho. O
meio de cultivo BBM e acetato de sódio obteve o melhor valor de concentração celular
máxima, com 1,29±0,07 g.L-1
e de carotenoides totais 5653,56 µg.g-1
empregando pH
inicial de 7 e concentração de inóculo de 20%. Este meio foi selecionado para a
realização dos cultivos com injeção de 30 % de CO2 uma vez ao dia durante 1 hora,
realizados durante 22 dias, em pH inicial de 7 e 20% de inóculo, com 30% de injeção
de CO2 uma vez ao dia durante 1 hora. Nestas condições o crescimento celular
alcançou o máximo de 1,13 g.L-1 (10 dias), carotenoides totais específicos de 2949,91
µg.g-1
e volumétricos de 764,79 µg.g-1
.L-1 (22 dias). A capacidade antioxidante dos
extratos carotenogênicos também foi avaliada pelos métodos DPPH, FRAP e ABTS,
não sendo possível quantificá-la através do DPPH e FRAP. Por outro lado, utilizando o
método ABTS, em 90 minutos de reação, o poder de inibição encontrado foi de 35,70
% μg-1
. Assim, a condição que mais se destaca é a utilização do meio de cultivo BBM
e acetato de sódio, com pH inicial 7, com 20% de inóculo, 0,30 L.min-1
de aeração, 6
Klx e 24±1ºC, uma vez que o crescimento celular e a bioprodução de carotenoides foi
significativamente superior quando comparada às demais condições estudadas. Além
disso, os carotenoides produzidos pela H. pluvialis, nesta condição, apresentaram
capacidade antioxidativa.
Haematococcus pluvialis microalgae cell growth and carotenoid bioproduction are
influenced by different culture conditions. Among the natural pigments, astaxanthin has
important application in pharmaceutical, cosmetic and food industry. In addition to
coloring, such pigment has biological properties, among which is antioxidant activity.
Production of astaxanthin by cultivating H. pluvialis can reach up to 4% of the
microalgal dry weight. This study was aimed at evaluating cell growth and carotenoid
production by H. pluvialis microalgae in different culture conditions as well as the
antioxidant activity of carotenogenic extracts. Blue Green-11 (BG-11), BAR (Barbera
Medium) e BBM (Bold Basal Medium) autotrophic media in addition to BBM and
glucose and BBM and sodium acetate mixotrophic media were used, employing 10 or
20% of inoculum at initial pH levels of 6, 7 or 8, aeration of 0.30 L.min-1
, under
illumination of 6 Klx, 24±1°C for 15 days. Cell concentration was assessed daily by
reading absorbance at 560 nm. Cell disruption was performed using 0.05g of dried
cells with 2 mL of dimethyl sulphoxide and the concentration of total carotenoids was
determined using a spectrophotometer at 474 nm. The growth media BG-11 (Blue ,
BBM and glucose and BBM and sodium acetate showed respectively the highest cell
growth and production of total carotenoids of 0.64, 1.18 and 0.68 g.L-1
, and 3026.66,
2623.12 and 2635. 38 µg.g-1
, using 10% inoculum of initial pH 7. Based on such
results, these three media were selected to continue the study. BBM and sodium
acetate culture medium gave the best value of maximum cell concentration, with 1.29
g.L-1
, and of total carotenoids, 5653.56 μg.g-1
, using initial pH of 7 and inoculum
concentration of 20%. This medium was selected for carrying out the cultivation with
injection of CO2, for 22 days, at initial pH of 7 and 20% of inoculum, 30% of CO2
injection for 1 hour once a day. Accordingly, cell growth reached a maximum of 1.13
g.L-1
(10 days), specific total carotenoids of 2949.91 and volumetric total carotenoids of
764.79 μg.g-1
.L-1
(22 days). The antioxidant activity of carotenogenic extracts was also
measured by DPPH, FRAP and ABTS methods, but it was not possible to quantify it by
DPPH and FRAP. Moreover, with the ABTS method the power of inhibition was found
to be 35,70% μg
-1 after 90 minutes of reaction. Thus, the culture condition that standed
out was using the medium BBM and sodium acetate, initial pH 7, 20% inoculum, 0.30
L.min-1
aeration, 6 Klx and 24±1°C, since the cell growth and bioproduction of
carotenoids were significantly higher than the other conditions studied. Furthermore,
carotenoids produced by H. pluvialis in this condition showed antioxidant activity.
