Planta industrial para produção de Spirulina: variáveis físico-químicas, respostas biológicas e aplicação de normas de garantia da qualidade

Abstract

As microalgas são organismos microscópios unicelulares que requerem, principalmente, água, dióxido de carbono e luz solar para o crescimento. O produto do cultivo desses micro-organismos pode ser utilizado na indústria alimentícia, farmacêutica e de cosméticos. O objetivo do trabalho foi estudar o comportamento das variáveis físico-químicas, respostas biológicas e aplicar normas de garantia da qualidade em planta industrial para produção da biomassa de Spirulina sp. LEB 18. O projeto foi desenvolvido na indústria Olson Nutrição, em Camaquã, Rio Grande do Sul, Brasil, onde foram aplicadas as Boas Práticas de Fabricação (BPF) e Análise de Perigos e Pontos Críticos de Controle (APPCC). O cultivo em meio Zarrouk foi desenvolvido em fotobiorreator tipo raceway, disposto em estufa sob condições não controladas. O acompanhamento foi realizado, diariamente, de fevereiro a dezembro de 2016 por meio da determinação de pH, temperaturas do ambiente e do meio de cultivo, luminosidade, concentração de biomassa e parâmetros cinéticos. As concentrações de carbono total, fosfato e nitrato no meio de cultivo foram avaliadas a cada 5 d. A biomassa foi caracterizada quanto ao teor de carboidratos, proteínas, umidade, cinzas, lipídios, ácidos graxos, ficocianina, aminoácidos e metais pesados. Além disso, foi realizada análise microbiológica do meio de cultivo e da biomassa. O pH do cultivo manteve-se entre 9,4 e 11,5. As temperaturas mínimas e máximas dentro da estufa foram 17,9 e 50,1 °C, respectivamente. As temperaturas mínimas e máximas do cultivo foram 15,1 e 40,0 °C, respectivamente. A luminosidade manteve-se entre 0,62 e 79,3 klux. A concentração de carbono total no meio de cultivo variou de 0,55 a 3,65 g/L, enquanto a de fosfato variou de 0,11 a 0,89 g/L e a de nitrato de 0,02 a 0,11 g/L. A velocidade específica máxima de crescimento (0,133 1/d), o tempo mínimo de geração (5,2 d) e a produtividade máxima (14,9 g/m².d) foram obtidos nos primeiros 9 d de crescimento da microalga. A concentração de biomassa máxima (1,64 g/L) foi obtida no mês de março, em 37 d de cultivo. Os maiores teores obtidos de carboidratos, proteínas e lipídios na biomassa foram 10,6; 57,0 e 11,7 %, respectivamente. Os menores teores de umidade e cinzas obtidos na biomassa foram 4,4 e 10,7 %, respectivamente. Quanto aos ácidos graxos presentes na biomassa, houve predominância do palmitoleico, seguido pelo esteárico, oleico e palmítico. O maior teor do pigmento ficocianina detectado na biomassa foi 25,1 mg/g. Os aminoácidos essenciais leucina, treonina, isoleucina e metionina encontrados na biomassa apresentaram quantidades maiores que às necessárias para a dieta de um adulto de acordo com padrão Food and Agriculture Organization. A determinação de arsênio, chumbo e cádmio na biomassa apresentou concentrações menores que os limites máximos estabelecidos pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária. A análise microbiológica do meio de cultivo e da biomassa forneceu valores de baixa contaminação. O acompanhamento na planta industrial demonstrou que o cultivo sob condições não controladas produz biomassa de Spirulina sp. LEB 18 de alta qualidade para aplicação na saúde e no desenvolvimento humano, seguindo normas de BPF e a APPCC.

Microalgae are unicellular microscopic organisms that require mainly water, carbon dioxide and sunlight for growth. The product of the cultivation of these microorganisms can be used in the food, pharmaceutical and cosmetic industries. The objective of this work was to study the behavior of physico-chemical variables, biological responses and to apply quality assurance standards in an industrial plant for the production of Spirulina sp. LEB 18. The project was developed in the Olson Nutrition industry, in Camaquã, Rio Grande do Sul, Brazil, where Good Manufacturing Practices (GMP) and Hazard Analysis and Critical Control Points (HACCP) were applied. Cultivation in Zarrouk medium was developed in a raceway photobioreactor, set in a greenhouse under uncontrolled conditions. Monitoring was carried out daily from February to December 2016 by means of determination of pH, temperatures of the environment and the culture medium, luminosity, biomass concentration and kinetic parameters. The concentrations of total carbon, phosphate and nitrate in the culture medium were evaluated every 5 d. Biomass was characterized as carbohydrates, proteins, moisture, ashes, lipids, fatty acids, phycocyanin, amino acids and heavy metals. In addition, a microbiological analysis of the culture medium and biomass was carried out. The pH of the culture remained between 9.4 and 11.5. The minimum and maximum temperatures inside the greenhouse were 17.9 and 50.1 °C, respectively. The minimum and maximum culture temperatures were 15.1 and 40.0 °C, respectively. The luminosity remained between 0.62 and 79.3 klux. The total carbon concentration in the culture medium ranged from 0.55 to 3.65 g/L, while that of phosphate varied from 0.11 to 0.89 g/L and that of nitrate from 0.02 to 0.11 g/L. The maximum specific growth rate (0.133 l/d), minimum generation time (5.2 d) and maximum yield (14.9 g/m².d) were obtained in the first 9 d of microalga growth. The maximum biomass concentration (1.64 g/L) was obtained in March, in 37 d of cultivation. The highest levels of carbohydrates, proteins and lipids in the biomass were 10.6; 57.0 and 11.7%, respectively. The lowest moisture content and ashes obtained in the biomass were 4.4 and 10.7%, respectively. As for the fatty acids present in the biomass, there was predominance of palmitoleic, followed by stearic, oleic and palmitic. The highest content of the phycocyanin pigment detected in the biomass was 25.1 mg/g. The essential amino acids leucine, threonine, isoleucine and methionine found in biomass presented higher amounts than those required for the diet of an adult according to the Food and Agriculture Organization standard. The determination of arsenic, lead and cadmium in the biomass presented concentrations lower than the maximum limits established by the National Sanitary Surveillance Agency. Microbiological analysis of the culture medium and biomass provided low contamination values. The monitoring in the industrial plant showed that the cultivation under uncontrolled conditions produces Spirulina sp. LEB 18 for application in human health and development, following GMP and HACCP standards.