Abstract:
Microalgas marinhas do gênero Nannochloropsis são comumente utilizadas na
aquicultura como alimento vivo e, atualmente, são reconhecidas como uma promissora
fonte de biocombustível e bioprodutos com aplicações nas indústrias farmacêutica e
alimentícia. No entanto, a produção em larga escala de microalgas encontra dificuldades
principalmente na coleta e concentração destes microrganismos. O processo de
concentração e sedimentação de células com o uso de floculantes é mais eficiente e
rentável do que outros. Entretanto, este método ainda apresenta muitos problemas
técnicos que impedem sua a plena operacionalização. Dentre os maiores problemas, a
matéria orgânica dissolvida (MOD) produzida pelas microalgas é reconhecida como um
grande interferente no processo de concentração das células, acarretando no aumento da
demanda de floculantes e até mesmo podendo inviabilizar o processo. Nesta Dissertação
foi avaliado o efeito da matéria orgânica no processo de concentração através da
quantificação e qualificação da mesma e também pela sua retirada do meio de cultura
utilizando um “skimmer”. O crescimento das microalgas foi monitorado em dias
alternados num sistema de cultivo de 250 L. Amostras de 100 mL de cultivo foram
filtradas em filtros de membrana de 0,45 μm de poro para obtenção da MOD e sua
posterior quantificação e caracterização pelo carbono orgânico dissolvido (COD),
absorbância a 254 nm (UV), além de concentração de proteínas e carboidratos. Todos
estes fatores aumentaram ao longo do cultivo. A eficiência de concentração para a
microalga N. oceanica foi testada nas frações particulada (MOP - > 0,7 μm) e dissolvida
(MOD - < 0,45 μm) separadas por filtros 0,7 μm e 0,45 μm. Como floculante foi
utilizado o polímero natural Tanfloc. As frações que continham apenas MOP resultaram
em eficiência de concentração superior a 90%, enquanto que os tratamentos que
continham MOD na sua composição não ultrapassaram 30% de eficiência,
demonstrando que a MOD é a parte da matéria orgânica que mais interfere no processo.
Num segundo experimento, ao atingir as fases de crescimento exponencial e
estacionária, 2 litros de cultivo foram coletados. As amostras foram centrifugadas para
remoção das microalgas e, em seguida, filtradas em filtro de membrana de 0,45 μm para
coleta da MOD, posteriormente fracionada por hidrofobicidade através de resinas XAD
7HP e XAD 4. A eficiência de concentração foi testada em 3 frações de matéria
orgânica dissolvida: hidrofóbica (HPO), transfílica (TPH) e hidrofílica (HPI), onde
foram ressuspendidas células de N. oceanica. Nas fases exponencial e estacionária a
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pior eficiência foi observada no Controle Positivo (cultivo), seguido pela fração HPI
com as menores eficiências dentre as frações testadas. A fase estacionária apresentou a
pior eficiência de concentração, tanto no Controle Positivo quanto na fração HPI.
Leituras de UV e concentrações de COD e proteínas aumentaram de uma fase para outra
no Controle Positivo, enquanto que a concentração de carboidratos diminuiu. Desta
forma se conclui que a maior concentração de proteínas na MOD interfere
negativamente na floculação. A eficiência da concentração também foi testada em um
terceiro experimento com a retirada de MOD pelo uso de “skimmer” obtendo-se
excelentes resultados (93%), não havendo diferença estatística em comparação com o
tratamento Controle Negativo (97% - sem matéria orgânica). O “skimmer” foi eficiente
na retirada principalmente de proteínas do cultivo. Além disso verificou-se que o seu
uso não afetou a integridade das células de N. oceanica. Os experimentos foram
realizados em triplicata. Como os dados nos 3 experimentos apresentaram distribuição
normal e foram homocedásticos, foi usada ANOVA e teste post hoc de Tukey (p<0,05).
Este projeto foi desenvolvido no Laboratório de Produção de Microalgas da
Universidade Federal do Rio Grande – FURG, no período outubro de 2015 a fevereiro
de 2017.
Marine microalgae of the genus Nannochloropsis are commonly used in aquaculture as
live food and are currently recognized as a promising source of biofuels and bioproducts
for applications in the pharmaceutical and food industries. However, the large-scale
production of microalgae finds difficulties mainly in the harvest of these
microorganisms. The process of cell concentration by flocculation followed by
sedimentation is more efficient and cost effective than others. However, this method
still presents many technical problems that prevent its full operationalization. Among
the major problems, the dissolved organic matter (DOM) produced by microalgae is
recognized as a key interferent in the concentration and sedimentation process of the
cells, causing an increase in the demand for flocculants and even rendering the process
unfeasible. In this Dissertation the effect of organic matter in the flocculation process
was evaluated by quantification and qualification of the same and also by its removal
from the culture medium using a skimmer. The microalgae growth was monitored on
alternate days in a 250 L culture system. Samples of 100 mL of culture were filtered
through a 0.45 μm pore membrane filer to obtain the DOM and its subsequent
quantification and characterization as dissolved organic carbon (DOC), absorbance at
254 nm (UV), as well as proteins and carbohydrates contents. All of these factors
increased throughout the culture. The flocculation efficiency for N. oceanica microalgae
was tested in the particulate (POM - > 0.7 μm) and dissolved (DOM - < 0.45 μm)
fractions separated by 0.7 μm and 0.45 μm filters. The Tanfloc natural polymer was
used as flocculant. Fractions containing only POM resulted in flocculation efficiency
greater than 90%, whereas treatments containing DOM in their composition did not
exceed 30% efficiency, demonstrating that the DOM is the part of the organic matter
that most interferes in the process. In a second experiment, 2 liters of were collected
when the culture reached the exponential and stationary growth phases,. The samples
were centrifuged to remove the cells and then filtered through a 0.45 μm pore
membrane filter to collect the DOM, which was subsequently fractionated by
hydrophobicity through XAD 7HP and XAD 4 resins. The flocculation efficiency was
tested in three fractions of dissolved organic matter: hydrophobic (HPO), transphilic
(TPH) and hydrophilic (HPI), in which cells of N. oceanica were resuspended. In the
exponential and stationary phases the smaler efficiency was observed in the Positive
Control (culture) followed by the HPI fraction with the poorest result among the
fractions tested. The stationary phase had the worst flocculation efficiency, both in the
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Positive Control and in the HPI fraction. UV readings and concentrations of DOC and
protein increased from one phase to another in the Positive Control, while the
carbohydrate concentration decreased. In this way it is concluded that the higher
concentration of proteins in the DOM interferes negatively in the flocculation. The
flocculation efficiency was also tested in a third experiment with the removal of DOM
by the use of skimmer. The flocculation in the skimmer treatment presented excellent
results (93%), and there was no statistical difference in relation to the negative control
treatment (97% - no organic matter). The skimmer was efficient in the removal of
proteins from the culture. In addition, it was found that the its use did not affect the
integrity of the N. oceanica cells. The experiments were performed in triplicate. As the
data in the 3 experiments had normal distribution and were homocedastic, ANOVA and
post hoc Tukey test (p <0.05) were used. This project was developed in the Microalgae
Production Laboratory of the Federal University of Rio Grande - FURG, from October
2015 to February 2017.
