Orientadores: Leonardo Vasconcelos Fregolente, Luisa Fernanda Rios Pinto

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Microalgas são microrganismos de rápido crescimento que apresentam biomassa rica em metabólitos de interesse comercial. Elas podem ser cultivadas em sistema aberto ou fechado. Além disso, são capazes de modular seu metabolismo para se adaptar a condições de cultivo, e sob redução de...

Resumo: Microalgas são microrganismos de rápido crescimento que apresentam biomassa rica em metabólitos de interesse comercial. Elas podem ser cultivadas em sistema aberto ou fechado. Além disso, são capazes de modular seu metabolismo para se adaptar a condições de cultivo, e sob redução de nutrientes (condição de estresse), podem ampliar a biossíntese de alguns metabólitos. Este estudo analisou o cultivo das microalgas Botryococcus terribilis e Chlorella sp. em sistema fechado (utilizando Erlenmeyer), aberto (raceway),e em sistema fechado com condição de estresse. Nos diferentes cultivos estudados foi realizada a extração das proteínas, carboidratos, lipídios, pigmentos e – para a B. terribilis – hidrocarbonetos. Foram mantidas as seguintes condições experimentais: intensidade de luz de 130±5 µmol.m-2.s-1; fotoperíodo de 12:12 h de claro:escuro e temperatura de 25±2 ºC. Para a B. terribilis foi utilizado meio de cultivo CHU13 modificado e para a Chlorella sp., o meio BG11. Em ambas as espécies o estresse foi avaliado com planejamento fatorial completo 2², com três réplicas no ponto central, variando a concentração de nitrogênio e fósforo nos meios de cultivo. Para isso foi reduzida a concentração de nitrato de potássio (KNO3) ou nitrato de sódio (NaNO3) para suprimir nitrogênio – nos meios CHU13 E BG11, respectivamente - e de fosfato de potássio (K2PO4) para redução de fósforo. O cultivo em sistema fechado e aberto foi promissor, sendo que em raceway a taxa de crescimento específico aumentou para ambas as espécies – de 0,182 d-1 para 0,478 d-1 com a B. terribilis e de 0,439 d-1 para 0,517 d-1 com a Chlorella sp. A porcentagem de metabólitos nos cultivos em sistema fechado e aberto foi similar. Na B. terribilis foi obtido entre 28-30 % de lipídios; 7-10 % de hidrocarbonetos; 32-34% de proteínas e 14-15 % de carboidratos. Já na Chlorella sp. foi obtido 15-17 % de lipídios, 36-38 % de proteínas e 31-32 % de carboidratos. Notou-se produção de clorofilas 3 a 4 vezes maior pela Chlorella sp. No estudo de estresse os fatores foram significativos, a 95 % de confiança, para a produtividade de biomassa e porcentagem de lipídios na B. terribilis; e para a porcentagem de lipídios, proteínas e carboidratos no estudo com a Chlorella sp. A maior porcentagem de lipídios (49 % para a B. terribilis e 35 % para a Chlorella sp.) foi obtida, em ambas as espécies, ao manter 25 % da concentração de nitrogênio e 75 % da concentração de fósforo. A concentração de fósforo apresentou efeito negativo para o acúmulo de carboidratos. Na Chlorella sp. o efeito da concentração de nitrogênio e a interação dos fatores foi significativa para a porcentagem de proteínas, apresentando maiores valores para este metabólito quando ambos os nutrientes estão em maior concentração. Com esta pesquisa pode-se compreender de forma ampla como o sistema de cultivo afeta o crescimento e acúmulo de metabólitos nas microalgas B. terribilis e da Chlorella sp e por isso é de grande relevância para estudo de cultivo e aplicações destas espécies subsidiando análises futuras de viabilidade técnico-econômica e ampliação de escala

Abstract: Microalgae are fast-growing microorganisms that present a biomass rich in metabolites of commercial interest. It can grow in an open or closed system. It is able to modulate its metabolism to adapt to growing conditions, and under nutrient depletion (stressing condition), it can enhance...

Abstract: Microalgae are fast-growing microorganisms that present a biomass rich in metabolites of commercial interest. It can grow in an open or closed system. It is able to modulate its metabolism to adapt to growing conditions, and under nutrient depletion (stressing condition), it can enhance the biosynthesis of some metabolites. This study analyzes the cultivation of the microalgae Botryococcus terribilis and Chlorella sp. in a closed system (using Erlenmeyer), in an open raceway and in a closed system under stress conditions. In the different species studied, were carried out the extraction of proteins, carbohydrates, lipids, pigments, and – for B. terribilis – hydrocarbons. The following experimental conditions were applied: light intensity of 130±5 µmol.m-2.s-1; 12:12 h light:dark photoperiod and 25±2 ºC. For B. terribilis, modified CHU13 culture medium was used and for Chlorella sp., BG11 medium. In both species, stress was evaluated with a 2² full factorial design, with a central point, varying the concentration of nitrogen and phosphorus in the culture media. Thus, it was reduced the concentration of potassium nitrate (KNO3) or sodium nitrate (NaNO3) to suppress nitrogen – in CHU13 and BG11 media, respectively – and potassium phosphate (K2PO4) to reduce phosphorus. Cultivation in closed and open systems was promising, and in the raceway, the specific growth rate increased for both species – from 0.182 d-1 to 0.478 d-1 for the B. terribilis and from 0.439 d-1 to 0.517 d-1 for the Chlorella sp. The percentage of metabolites in closed and open system cultures was similar. In B. terribilis it was obtained between 28-30% of lipids; 7-10 % hydrocarbons; 32-34 % protein and 14-15 % carbohydrate. In Chlorella sp. 15-17 % of lipids, 36-38 % of proteins and 31-32 % of carbohydrates were obtained. Production 3-4 times higher of chlorophylls by Chlorella sp. was observed. In the stress study, the factors were significant, at 95 % confidence, for biomass productivity and lipid percentage in B. terribilis; and for the percentage of lipids, proteins, and carbohydrates with the Chlorella sp. The highest percentage of lipids (49 % for B. terribilis and 35 % for Chlorella sp.) was obtained, for both species, by keeping 25 % of the nitrogen concentration and 75 % of the phosphorus concentration. Phosphorus concentration had a negative effect on carbohydrate accumulation. In Chlorella sp. the effect of nitrogen concentration and the interaction of factors was significant for proteins accumulation, with higher values for this metabolite when both nutrients are in higher concentration. With this research, it is possible to understand in a broad way how the cultivation system affects the growth and accumulation of metabolites in the microalgae B. terribilis and Chlorella sp and therefore it is of great relevance for the study of cultivation and applications of these species, subsidizing future analyzes of technical-economic feasibility and expansion of scale

Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF