Transcript METODOLOGIAS PARA OBTENÇÃO DE BIOMASSA E EXTRAÇÃO DE LIPÍDEOS DE MICROALGAS MARINHAS Diniara Soares, Alexandre Guilherme Becker, Luiz Fernando de Lima Luz Júnior, André.

METODOLOGIAS PARA OBTENÇÃO DE
BIOMASSA E EXTRAÇÃO DE LIPÍDEOS DE
MICROALGAS MARINHAS
Diniara Soares, Alexandre Guilherme Becker, Luiz Fernando de Lima Luz Júnior,
André Bellin Mariano, José Viriato Coelho Vargas, Miguel Daniel Noseda,
David Alexander Mitchell
Diniara Soares – [email protected]
Universidade Federal do Paraná
Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular
Curitiba, Agosto de 2009
Energia Renovável
 As reservas mundiais de
combustíveis fósseis são
limitadas;
 Desastres ambientais estão
mais frequentes, devido aos
desmatamentos e emissão de
gases poluentes;
 Governos mundiais estão apoiando o desenvolvimento de

tecnologias renováveis
As microalgas são fonte de ENERGIA RENOVÁVEL
Microalgas
 Microalgas são organismos unicelulares com
rápido crescimento e com capacidade de realizar
fotossíntese
Aplicações das microalgas
 Suplemento alimentar
 Carotenóides, pigmentos, omega-3, omega-6,
antioxidantes;






Sequestro de CO2
Biorremediação
Cosméticos
Aquicultura
Aplicações farmacêuticas
Produção de biocombustíveis
Microalgas  vegetais superiores
 Vantagens das microalgas:
Atualmente
a maior
parte
dos biocombustíveis são
 Consumo
de água
menor;
produzidos
pordoce,
vegetais
 Crescem
em água
águasuperiores
do mar e salobra
(imprópria para agricultura);
Outras
matérias-primas
renováveis
estão sendo
 O sistema
de cultivo pode
ser construído
em solo não
estudadas
para suprir
necessidades futuras 
arável (regiões
desérticas);
 A produção daMICROALGAS
biomassa de microalga pode ser
combinada com fixação direta de CO2;
 Produz o ano inteiro (não têm safra);
 Maior rendimento por área ocupada, 10  maior que
uma oleaginosa de boa produtividade;
FONTE: CHISTI, 2007
Dificuldades na produção de microalgas
 Cepas com alta produtividade de biomassa e



lipídeos;
Susceptibilidade à contaminação biológica;
Adaptação ao ambiente;
Alto custo de processamento;
Reduzir custos
 Avaliação dos processos
Sistemas de produção em grande escala
 Sistemas abertos - Lagoas
Petroalgae, Melbourne,USA
Cyanotech Inc. Hawaii
Sistemas de produção em grande escala
 Sistemas fechados - Fotobiorreatores
Algaelink, Netherland, Europa
Sapphire energy, USA
MIT Photobioreator, USA
Etapas do processo
 Obtenção de biomassa
 Inoculação
 Crescimento  controle
 Colheita  floculação, centrifugação, filtração
 Secagem  Spray-dryer, estufa, fluxo de ar, liofilizador
Área = 440.000 m2
Volumes grandes – Escala industrial ????
1L – apenas 0,1 a 1% de biomassa seca
10.000 L – 10 a 100 kg de biomassa
Earthrise, Ca
Obtenção da biomassa
Recovery of microalgal biomass and metabolites: process and economics
(GRIMA et al.,2003).
 Spray-dryer  produtos de alto valor agregado




( $1000 ton-1)
Liofilização é muito cara  escala laboratorial
Filtração  depende do tamanho das células
Centrifugação  é uma boa opção, mas para volumes
muito grandes pode ter uma alto custo de energia
Floculação  é o método mais barato
IDEAL – FLOCULAÇÃO seguida de CENTRIFUGAÇÃO
Meio de
cultura
10.000 L
Redução10%
Floculação
Biomassa
floculada
1.000 L
Centrifugação
Biomassa
centrifugada
100 kg
Contribuir com o projeto do NPDEAS
Objetivo
Produção de
biodiesel a partir de
microalgas
Financiamentos:
CNPq e Nilko
Construção de um
fotobiorreator em
escala piloto
Geração de energia
a partir do biodiesel
produzido.
NPDEAS – Universidade Federal do Paraná
Curitiba – PR, Brasil
Projeto NPDEAS
Construção em andamento
Fotobiorreator  tubular horizontal, construído em módulos com tubos
transparentes de PVC
Estrutura: produção do inóculo  produção de biodiesel  geração de energia
Espaço físico:
 Cepário
 Laboratórios
 Salas de aulas
Produção de Energia Auto-Sustentável
Floculação
Centrifugação
SEPARAÇÃO
Floculação
CENTRIFUGAÇÃO
Objetivo
 Avaliar o efeito da floculação seguida de
centrifugação de microalgas marinhas

Não foi encontrado na literatura o efeito, na recuperação de biomassa e
 Verificar o efeito da lavagem da biomassa
lipídeos, causado pela floculação das microalgas marinhas
Microalgas
marinhas
possuem em seu
meio de cultura
sal, parte destes
Definir uma
metodologia
adequada
para
sais podem permanecer nas células mesmo após centrifugação
determinar o teor de lipídeos totais da biomassa
seca
Em escala laboratorial a produção de biomassa é muito pequena (escala
de µg)
Material e Métodos
 Microalgas
 Phaeodactylum tricornutum
 Nannochloropsis oculata
 Cultura
 GIA(Grupo Integrado de Aquicultura e Estudos Ambientais)
UFPR, Curitiba – PR
Temperatura: 20° C
Meio: Guillard F/2
 Condições:
Salinidade: 15 %0
Fotoperíodo: 24 h
Aeração: constante
Obtenção da Biomassa
 Centrifugação:
Centrífuga
3340  g
20 min, 4 °C
100 mL
Congelador
Liofilizador
Biomassa seca
Gravimetria
mg L-1
Obtenção da Biomassa
 Floculação:
 Remoção da capacidade de as células serem mantidas
em suspensão e/ou estimulação da agregação das
células, formando flocos que podem decantar;
 Espontânea – biofloculação;
 Induzida – produtos químicos, alteração de pH e
eletrofloculação;
Obtenção da Biomassa
 Floculação:
Floculação com
NaOH (1 M)
pH = 10,3
30 min
5 mL/L
Centrífuga
100 mL
pH = 8,6
Floculação com
FeCl3.6H2O (0,3 M)
pH = 6,3
1 mL/L
Tratamento da Biomassa
 Lavagem após centrifugação:




sem lavar;
lavagem com água destilada;
lavagem com NH4HCO3 (0,5 M);
lavagem com NaCl (0,15 M);
Centrífuga
3340  g
20 min, 4 °C
100 mL de
solução de
lavagem
Centrífuga
3340  g
20 min, 4 °C
Congelador
Liofilizador
Biomassa seca
Gravimetria
mg L-1
LIPÍDEOS
TOTAIS
BLIGH E DYER
Extração e Determinação do Teor Total de Lipídeos
 Metodologia adequada para analisar quantidades
pequenas (µg) de amostra;
 Metodologias: uso de mistura monofásica de
clorofórmio e metanol
 Adaptação do método de Bligh e Dyer (1959)
 Proporção de (CHCl3/CH3OH; 1/2, v/v)
 Proporção de (CHCl3/CH3OH; 2/1, v/v)
 Adaptação do método de Folch et al. (1957)
 Proporção de (CHCl3/CH3OH; 2/1, v/v)
Resultados e Discussão – Lipídeos totais
Teor total de lipídeos (em % de biomassa seca) extraídos por diferentes metodologias.
Os valores são médias das amostras em triplicata seguidas do erro padrão das médias,
* (p  0,05, teste T).
Metodologia
escolhida
Adaptação do método
de Bligh e Dyer
CHCl3/CH3OH (1/2, v/v)
Adaptação do método
de Bligh e Dyer
CHCl3/CH3OH (2/1, v/v)
Adaptação do método
de Folch et al.
CHCl3/CH3OH (2/1, v/v)
Nannochloropsis
oculata
8,13 ± 0,07
8,87 ± 0,07
5,20 ± 0,11*
Phaeodactylum
tricornutum
14,85 ± 0,53
16,97 ± 0,63
7,82 ± 0,44*
Espécie
Efeito dos tratamentos
Teor total de lipídeos em relação à biomassa seca (%) e em relação ao volume de meio de
cultura (mg L-1) da Phaeodactylum tricornutum.
F-0
Agente de lavagem
Biomassa seca
(mg L-1)
Lipídeos por litro
de meio de
cultura(mg L-1)
Lipídeo em relação
à biomassa seca
(%)
L-0
748,3
124,6
16,6
L-H2O
268,7 (b*)
105,1 (bns)
38,6
L-NH4CO3
499,7 (b*)
132,4 (bns)
27,6
466,3 (b*)
125,2
(bns)
26,4
142,0
(ans)
15,1
L-NaCl
F-NaOH
L-0
952,0 (a*)
L-H2O
462,7 (a*;b*)
110,6 (ans;bns)
23,8
L-NH4CO3
500,0 (ans;b*)
103,8 (ans;bns)
20,8
709,3 (a*;b*)
(ans;bns)
16,3
(ans)
21,8
L-NaCl
L-0
F-FeCl3
757,0
(ans)
115,0
153,0
L-H2O
352,3 (a*;b*)
106,2 (ans;b*)
29,3
L-NH4CO3
524,3 (ans;b*)
80,2 (a*;b*)
15,4
L-NaCl
580,0 (ans;b*)
106,7 (ans;bns)
18,6
Tratamentos das amostras: (L-0) Sem lavar; (L-H2O) lavada com água destilada; (L-NH4CO3) lavada com
bicarbonato de amônio 0,5 M; (L-NaCl) lavada com cloreto de sódio 0,15 M; (F-0) sem flocular; (F-NaOH)
floculada com hidróxido de sódio 1 M; (F-FeCl3) floculada com cloreto férrico hexahidratado 0,3 M.
Comparação das amostras pelo teste T: (a) efeito da floculação em relação às amostras não floculadas; (b)
efeito da lavagem em relação às amostras não lavadas; (*;p  0,05) houve diferença significativa entre os
resultados comparados; (ns; p  0,05) não houve diferença significativa entre os resultados comparados.
Influência dos tratamentos na biomassa seca
Teor de biomassa seca (mg L-1) obtida a partir de microalgas submetidas a diferentes
tratamentos de separação e lavagem. As barras verticais representam o erro padrão (n =3).
Biomassa seca (mg L-1)
Efeito da lavagem
floculação
*
1000
Sem lavar
800
*
* *
600
400
* *
*
* *
*
Lavando com água
Lavando com NH4 CO3 (0,5 M)
200
Lavando com NaCl (0,15 M)
0
Sem flocular
Floculação com
NaOH (1 M)
Floculação com
FeCl3 .6H2 O (0,3 M)
(*; p  0,05) houve diferença significativa entre os resultados comparados
Influência dos tratamentos no teor total de lipídeos
Teor de lipídeos totais (mg L-1) de microalgas submetidas a diferentes tratamentos de
separação e lavagem. As barras verticais representam o erro padrão (n =3).
Lipídeos totais (mg L -1)
Efeito da floculação
lavagem
200
Sem lavar
150
*
100
Lavando com água
*
Lavando com NH4 CO3 (0,5 M)
50
Lavando com NaCl (0,15M)
0
Sem flocular
Floculação com
NaOH (1 M)
Floculação com
FeCl3 .6H2 O (0,3 M)
(*; p  0,05) houve diferença significativa entre os resultados comparados
Conclusões
 A floculação com NaOH não alterou significativamente (p  0,05) o teor
lipídico total em relação ao volume de meio de cultura processado
(mg L-1);
 O processo de lavagem também não influenciou no teor lipídico
utilizando floculação com NaOH, mas:
 (a) reduz o volume de biomassa a ser processado (eliminação de
contaminantes);
 (b) pode reduzir a quantidade de sais originários do meio de cultura,
os quais podem comprometer o maquinário;
 A solução floculante de NaOH (1M) foi considerada uma boa alternativa
para reduzir o volume de meio de cultura. O custo para a floculação de
um mesmo volume de meio de cultura utilizando o agente floculante
NaOH é 60% mais barato do que quando utilizado o agente floculante
FeCl3.6H2O;
Conclusões
 No experimento realizado por Horiuchi et al. (2003), o meio de cultura
clarificado após floculação com NaOH foi reutilizado adicionando-se
solução de HCl para ajustar o pH. Após clarificação, nenhum inóculo foi
empregado, mas as células remanescentes voltaram a se multiplicar
após neutralização do meio. Este resultado sugere que as células após
floculação não foram seriamente danificadas pelo tratamento alcalino;
A colheita de células de microalgas proposta neste
trabalho tem várias vantagens, incluindo alta
recuperação de células, simplicidade operacional, baixo
custo e reutilização do caldo clarificado
Agradecimentos