Crescimento celular e produção de carotenoides pela microalga haematococcus pluvialis

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.