Microalgas cultivadas sob ação de campos magnéticos: efeitos no crescimento e composição

Abstract

Microalgas pertencem a um grande e diversificado grupo de micro-organismos fotossintéticos que são capazes de armazenar energia solar e converte-la em energia biológica. Entre os componentes de maior importância na biomassa microalgal, destacam-se o elevado teor de proteínas, carboidratos, lipídeos, vitaminas, sais minerais, além de pigmentos. Para aumentar a eficiência da produção de biomassa microalgal, a aplicação de campos magnéticos (CM) no cultivo das microalgas vem sendo estudada. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência dos CM no crescimento e composição da biomassa microalgal da Chlorella fusca LEB 111 e Spirulina sp. LEB 18 cultivadas em fotobiorreatores tubulares verticais de 1,8 L. Os CM de 30 e 60 mT foram gerados por ímãs de ferrite (aplicados por 24 h d-1 ou por 1 h d-1 ) e o CM de 5 mT foi gerado por corrente elétrica (aplicado por 1 h d-1 ). Cultivos controle (CC), sem a aplicação de CM, foram realizados a fim de avaliar o bioefeito causado apenas pelo CM nos cultivos. As microalgas foram cultivadas em estufa, com temperatura de 30 °C, iluminância de 60 µmol m-2 s -1 , fotoperíodo 12 h claro/escuro por 15 dias. Em relação aos cultivos com a C. fusca, a concentração celular máxima (Xmáx) foi obtida quando aplicado 60 mT por 24 h d-1 (1,94 ± 0,10 g L-1 ), sendo 20,5 % superior a Xmáx obtida no CC. Com relação à composição desta biomassa, o CM de 60 mT por 24 h d-1 , ocasionou incremento de 24,8 % no teor de carboidratos. Nos cultivos com a Spirulina sp. LEB 18, as intensidades de 30 e 60 mT aplicadas por 1 h d-1 , ocasionaram efeito estimulante no crescimento, obtendo as maiores Xmáx (2,37 ± 0,16 e 2,38 ± 0,06 g L-1 , respectivamente) e a maior produtividade quando cultivada com 60 mT por 1 h d-1 (105,1 % superior ao CC). O CM de 60 mT por 24 h d-1 aumentou o teor de proteínas da biomassa de Spirulina, comparado ao CC, obtendo-se 73,20 ± 1,07 m m-1 . A intensidade de 30 mT quando aplicada por 24 h d-1 proporcionou aumento de 133,2 % no teor de carboidratos. A partir dos resultados obtidos, foi possível verificar que os CM podem influenciar no crescimento celular das microalgas estudadas, causando efeito estimulante, e podendo obter o dobro de biomassa para o mesmo tempo de cultivo, no caso dos cultivos com Spirulina sp. Além disso, foi constatado o estímulo na produção de proteínas e carboidratos com a aplicação do CM. Neste estudo, foi possível observar diferentes bioefeitos ocasionados pelo CM dependendo da espécie. A melhor condição de aplicação de CM para C. fusca, que proporcionou estímulo no crescimento e no teor de carboidratos foi a condição de 60 mT de forma permanente (24 h d-1 ). A escolha da melhor condição de aplicação de CM para Spirulina dependerá do objetivo do cultivo. Para obter maior quantidade de biomassa em menor tempo, as condições de 30 e 60 mT aplicados por 1 h d-1 obtiveram os melhores resultados, porém se o objetivo for produção de bioetanol, por exemplo, a condição de 30 mT permanente promoveu incremento de 133,2 % no teor de carboidratos nesta biomassa. O CM também influenciou o teor de ficocianina presente na biomassa de Spirulina, sendo que o maior valor (13,17 mg mL-1 ) foi obtido no cultivo que apresentou maior Xmáx (60 mT, 24 h d-1 ).

Microalgae belong to a large and varied group of photosynthetic microorganisms that are able to store solar energy and transform it into biological energy. The most important compounds in in the microalgae biomass are carbohydrates, lipids, vitamins, minerals, and pigments, beside high content of proteins. The application of magnetic fields (MF) to microalgae culture has been studied in order to increase the efficiency of biomass production. Therefore, the study aims at evaluating the influence of MF on growth and biomass composition of microalgae Chlorella fusca LEB 111 and Spirulina sp. LEB 18 cultivated in 1.8 L vertical tubular photobioreactors. The application of MF 30 and 60 mT generated by ferrite magnets and 5 mT generated by electric current were applied during 24 h d-1 (permanent) or1 h d-1 . Control cultures (CC), without application of MF, were performed to evaluate the bioeffect caused only by the MF. Microalgae were grown at 30 ° C, illuminance of 60 µmol m-2 s -1 , photoperiod 12 h light/dark for 15 days. Regarding crops with C. fusca maximum biomass concentration observed was obtained when applied 60 mT permanent (1.94 ± 0.10 g L-1 ). In relation to the composition of biomass when grown under the action of MF 60 mT permanent, there was an increase of 24.8% in carbohydrate content compared to the CC. In assays with Spirulina sp., application of intensities of 30 and 60 mT for 1 h d -1 , resulted in stimulation of growth, obtaining higher biomass concentrations (2.37 ± 0.16 e 2.38 ± 0.06 g L-1 , respectively) and higher yield, when applied with 60 mT for 1 h d-1 (105.1 % higher than in CC). Regarding the composition of the biomass of cyanobacteria, the protein content was increased by 16.6 % when applied 60 mT permanent, yielding 73.20 ± 1.07 m m-1 . The intensity of 30 mT applied for 24 h d-1 provided an increase of 133.2 % in carbohydrate content. With the results, we found that MF may influence cell growth of microalgae studied, causing stimulation on it and that way, you can get twice as much biomass for the same time of cultivation. In addition, it was found stimulation the production of proteins and carbohydrates with the application of MF. In this study, we observed different bioeffects caused by MF depending on the species. The best condition of MF application to C. fusca that triggered growth and carbohydrate content was permanent 60 mT (24 h d-1 ). The choice of the best condition of MF application to Spirulina depends on the objective of culture. In order to get larger amount of biomass in less time, conditions of 30 and 60 mT applied for 1 h d-1 got the best results. However, if the objective is bioethanol production, for example, the conditions of permanent 30 mT, increased the carbohydrate content in 133.2 % in this biomass. The MF also affected the phycocyanin content in the Spirulina biomass, since the highest value (13.17 mg mL-1 ) was get in the culture that had the largest Xmax (60 mT, 24 h d- 1).