Produção biotecnológica de biopolímeros aplicando processo cíclico de reutilização de resíduo da extração de Poli- Hidroxibutirato (phb)

Abstract

O crescimento populacional associado à necessidade de maior produção de alimentos vem aumentando drasticamente a problemática da deposição de resíduos no meio ambiente. Esforços industriais e acadêmicos estão sendo dedicados a nível mundial para o desenvolvimento de processos destinados a conservação de energia limpa e redução de resíduos. Porém, nem todos os resíduos podem ser facilmente reutilizados devido a presença de substâncias potencialmente tóxicas, orgânicas ou inorgânicas. Ao longo dos anos vêm sendo ampliado o aproveitamento de rejeitos industriais como matéria-prima importante para aplicações com maior valor agregado. As microalgas são micro-organismos fotossintéticos e autotróficos e/ou mixotróficos que utilizam a luz solar e CO2 para a obtenção de energia. Em condições de estresse esses micro-organismos armazenam biopolímeros no interior das células na forma de grânulos. Para obtenção do biopolímero poli-hidroxibutirato (PHB), é necessário realizar a extração do mesmo a partir da biomassa microalgal. Para tal, é utilizado hipoclorito de sódio, gerando aproximadamente 200 mL de resíduo por litro de cultivo. O uso do resíduo da extração do PHB no cultivo microalgal, além de reduzir a deposição desse composto no meio ambiente, pode diminuir os custos de produção de biomassa. Nesse sentido, o objetivo desse trabalho foi estudar o potencial de produção cíclica de poli-hidroxibutirato (PHB) pela microalga Spirulina sp. LEB 18, utilizando resíduo da extração do polímero. O trabalho foi dividido em duas etapas, gerando dois artigos científicos que serão submetidos a publicação em revistas de importante circulação. No artigo 1, foram testadas três condições do resíduo da extração do biopolímero da biomassa da microalga Spirulina SP. LEB 18, sem tratamento, tratamento térmico e neutralização química. Os resíduos foram adicionados aos cultivos nas concentrações de 0, 2, 4, 6, 8 e 10 % (v/v). Os experimentos foram realizados em triplicata. O pré tratamento foi importante para inibir/neutralizar a ação do cloro sobre as células da microalga, alcançando concentrações de biomassa máxima de 1,12 g L-1 para cultivos contendo 10 % (v/v) de adição do resíduo neutralizado. Através desta etapa verificou-se que a microalga apresentou potencial crescimento quando exposta a diferentes concentrações de resíduo da extração de biopolímero. Impulsionados por esse resultado iniciou-se a segunda etapa do trabalho visando aumentar a concentração de resíduo adicionado ao cultivo microalgal e avaliação da síntese de biopolímero. No artigo 2, foram testados 10, 15, 20, 25 e 30 % (v/v) de adição do resíduo da extração do biopolímero nos cultivos microalgais de Spirulina sp. LEB 18. Para comparação, foram utilizados dois experimentos controle, Zarrouk (ZN) e Zarrouk modificado com redução de nitrogênio (ZM). Os experimentos foram realizados em triplicata e avaliados quanto a produção de biomassa microalgal e PHB. Os ensaios com adição de resíduo apresentaram produção de biomassa igual ao controle ZM (p<0,1) (0,79 g L-1). A produção de PHB no ensaio contendo 25 % de resíduo foi a maior, comparado aos demais, chegando a 10,6 % (p/p). A partir dos resultados obtidos verificou-se que é possível aplicar processo cíclico de reutilização do resíduo da extração de PHB no cultivo de microalgas visando a síntese de biopolímeros, reduzindo os problemas ambientais de poluição, mantendo o fluxo de nutrientes e reduzindo custos, reproduzindo assim os sistemas naturais.

Population growth associated with the need for increased food production is dramatically increasing the problem of waste disposal on the environment. industrial and academic efforts are being devoted worldwide for the development of processes to clean energy conservation and waste reduction. However, not all residues may be easily reused due to the presence of potentially toxic, organic or inorganic substances. Over the years it has been expanded the use of industrial waste as an important raw material for applications with higher added value. Microalgae are photosynthetic and autotrophic microorganisms and / or mixotrophic using sunlight and CO2 to obtain energy. Under stress conditions, these microorganisms store biopolymers within cells in the form of granules. To obtain the biopolymer poly- hydroxybutyrate (PHB), it is necessary to perform the extraction of the same from the microalgae biomass. For this, used it is sodium hypochlorite, generating approximately 200 mL of residue per liter of culture. The use of the PHB extraction residue in microalgae cultivation and reduce the deposition of such a compound into the environment, the biomass may decrease production costs. In this sense, the objective of this work was to study the potential of cyclic production of poly-hydroxybutyrate (PHB) by Spirulina sp. LEB 18 using extraction residue of the polymer. The work was divided into two stages, generating two papers that will be submitted for publication in leading circulation magazines. Article 1, were tested three conditions of the residue from the extraction of the biopolymer biomass of Spirulina sp. LEB 18, without treatment, heat treatment, and chemical neutralization. The residues were added to the cultures at concentrations of 0, 2, 4, 6, 8 and 10% (v/v). The experiments were performed in triplicate. The pretreatment was important to inhibit / counteract the action of chlorine on the microalgae cells, reaching maximum biomass concentration of 1.12 g L-1 to cultures containing 10% (v/v) adding the neutralized residue. By this step, it was found that the microalgae showed growth potential when exposed to different concentrations of the biopolymer residue extraction. Driven by this result began the second stage of the work to increase the concentration of residue added to microalgae cultivation and assessment of biopolymer synthesis. Article 2 were tested 10, 15, 20, 25 and 30% (v/v) adding the biopolymer extraction residue in the microalgae cultivation of Spirulina sp. LEB 18. For comparison, we used two control experiments, Zarrouk (ZN) and Zarrouk modified with reduced nitrogen (ZM). The experiments were performed in triplicate and evaluated for the production of microalgae biomass and PHB. Tests with the addition of biomass residue showed ZM equal to controls (p <0.1) (0.79 g L-1). The production of PHB in the assay containing 25% residue was higher compared to the other, reaching 10.6% (w/w). From the results obtained it was found that it is possible to apply cyclic process residue reuse of PHB extraction in microalgae cultivation aiming at biopolymer synthesis, reducing environmental pollution problems, while maintaining the flow of nutrients and reducing costs, thereby reproducing natural systems.