Cultivo, caracterização e técnicas de processamento de algas
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| Data de Publicação: | 2017 |
| Tipo de documento: | Tese |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSC |
| Texto Completo: | https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/185630 |
Resumo: | Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Alimentos, Florianópolis, 2017. |
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Cultivo, caracterização e técnicas de processamento de algasCiência dos alimentosAlgaTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Alimentos, Florianópolis, 2017.Nos últimos 10 anos, houve um interesse substancial na utilização de microalgas para produzir biomassa, bioprodutos e biocombustíveis. Esse interesse na biotecnologia das microalgas é baseado no fato de que as microalgas crescem muito rapidamente podendo duplicar o número de células em menos de um dia. Além disso, muitas espécies de algas são capazes de armazenar energia na forma de lipídeos, que têm o dobro da densidade energética de carboidratos e proteínas. A conversão da biomassa de algas em bioprodutos inclui co-produtos que podem ser destinado para o consumo humano e/ou ração animal, indústria química, farmacêutica e alimentos, entre outros. Esta tese tem como título ?Cultivo, Caracterização e Técnicas de Processamento de Algas?. Os principais objetivos deste trabalho foram: i) apresentar uma revisão do estado da arte da biotecnologia de microalgas com foco na ciência e tecnologia de alimentos (Capítulos 1 e 2); ii) estudar a viabilidade do uso do concentrado de dessalinização (CD) como potencial substrato para o cultivo de microalgas (Capítulos 3, 4 e 5); iii) determinar a composição química de seis microalgas (C. vulgaris, S. platensis, N. gaditana, N. oculata, P. tricornutum e P. cruentum) para aplicação na indústria de alimentos (Capítulos 6 e 7); e iv) estudar a aplicação de plasma a frio na biomassa de N. gaditana, e o efeito do plasma na composição lipídica/ácidos graxos (Capítulo 8). O concentrado de dessalinização (CD) é rico em minerais inorgânicos, tais como Cl-, Na+ e Ca2+, contém outros nutrientes (N e P) e microelementos necessários para o crescimento de microalgas, incluindo Si, K+, Mg+2 e Fe+3. As estirpes de microalgas (C. vulgaris, S. platensis e N. gaditana) são capazes de crescer em CD, mas requerem diferentes concentrações. Por exemplo, os resultados indicaram que o CD representa um bom meio de cultura para a espécie marinha N. gaditana, pois é capaz de tolerar alta concentração (~75% CD), com uma concentração de biomassa de 0,96 g L-1 e teor de lipídios de 12,6%. Em geral, quando N. gaditana é exposta à alta concentração de CD, que é uma condição de =stress?, a alga diminui a produção de proteína (de 41,6% para 27,0%) e aumenta a síntese de lipídeos intracelulares (de 5,0% a 12,6%) e ácidos graxos saturados (de 39,0% a 57,0%), especialmente o ácido palmítico (C16:0, de 29,4% para 48,7%), sugerindo que a produção de lipídeos em N. gaditana, funciona melhor quando exposta uma salinidade subótima. Com relação ao efeito das condições tróficas, isto é, cultivo autotrófico, mixotrófico e heterotrófico e alteração nos ciclos de luz:escuro (L/D), 24L:00D, 16L:08D, 12L:12D e 08L:16D no cultivo de N. gaditana para a produção de biomassa e lipídeos, foi observado que para a máxima produtividade lipídica (PL = 15,9 mg L-1 dia-1) em condições autotróficas, N. gaditana requer um período de luz mais longo, i.e., um ciclo 16L:08D. O cultivo mixotrófico, por sua vez, requer um período de luz mais curto, i.e., um ciclo de 08L:16D, para atingir a máxima PL (15,3 mg L-1 dia-1). Além disso, verificou-se que a alteração no fotoperíodo teve um impacto crucial na produtividade de N. gaditana, que está diretamente correlacionado com a produtividade lipídica, indicando que o ajuste do fotoperíodo é um fator importante no cultivo de algas. Em relação à composição química de seis microalgas estudadas (C. vulgaris, S. platensis, N. gaditana, N. oculata, P. tricornutum e P. cruentum), a biomassa dessas espécies contém em média 40 g de proteína, 18 g de carboidratos, 12 g de fibra e 10 g de lipídeos por 100 g de biomassa seca. As espécies C. vulgaris e S. platensis são ricas em ácido a-linolênico (2,8 g/100 g) e ?-linolênico (1,9 g/100 g), respectivamente. As algas marinhas P. tricornutum e N. oculata contêm 42% e 37% de ácidos graxos poli-insaturados e são ricas em ácidos eicosapentaenóico e docosaexaenoico. A alga P. cruentum contém elevado teor de ácido araquidônico (3,7 g/100 g). Os resultados indicaram que a Spirulina é excelente fonte de proteína, a Chlorella tem alto teor de carboidratos e baixa teor de fibra, e as espécies marinhas N. oculata e P. tricornutum contêm alto teor de ômega-3. Quando o plasma a frio foi aplicado na biomassa de N. gaditana, foi observado que 10 min. de plasma a frio promove uma ruptura da parede celular algal, permitindo uma maior eficiência da extração de lipídeos (18,5%) em relação ao tratamento controle (9,5%). Os lipídeos das células originais são ricos em ácidos graxos poli-insaturados (31,0%), contendo principalmente o ácido eicosapentaenóico (C20:5?3), enquanto que as células rompidas foram predominantemente constituídas por ácidos graxos saturados, principalmente o ácido palmítico (C16:0), o que pode estar associado ao desencadeando de uma possível hidrólise e ou oxidação das ligações duplas dos ácidos graxos insaturados. Esta nova técnica de ruptura da parede celular de microalgas ainda requer estudos mais aprofundados.Abstract : Over the last 10 years there has been substantially renewed interest in the potential of microalgae to produce biomass, biofuels and bioproducts. The potential interesting in microalgae biotechnology is based on the fact that microalgae are among the fastest growing organism and can potentially double their cell numbers in less than a day. In addition, many algal species facultatively store energy reserves as hydrocarbons, which have twice the energy density of carbohydrates and proteins. The conversion of algal biomass into bioproducts include high-value co-products and animal feed, their ability to capture CO2, recycle nutrient-rich wastewaters. This thesis is an original research work that is addressed to following title ?Algal Cultivation, Characterization and Processing Techniques?. The main aims of this work were: i) to review the current state-of-the-art of microalgae biotechnology with a focus on food science and technology (Chapters 1 and 2); ii) to evaluate the feasibility of using desalination concentrate (DC) as a potential substrate for microalgae cultivation (Chapters 3, 4 and 5); iii) to determine the chemical composition (moisture, ash, fiber, carbohydrate, protein, lipid and fatty acid composition) of six microalgae (C. vulgaris, S. platensis, N. gaditana, N. oculata, P. tricornutum and P. cruentum) biomass for food application (Chapters 6 and 7); and iv) to study the effect of non-thermal plasma (NTP) on N. gaditana biomass as well as to determine the effect of NTP on lipid and fatty acid compositions (Chapter 8). Desalination concentrate is rich in inorganic minerals, such as Cl-, Na+ and Ca2+, contains other nutrients (N and P) and trace elements necessary for microalgae growth, including Si, K+, Mg+2, Fe+3. The microalgae strains (C. vulgaris, S. platensis and N. gaditana) are able to grow in DC, but require different optimum DC concentrations. The results suggest that DC represents a good medium for marine N. gaditana, because it has the ability to tolerate high extent of DC concentration (~75% DC concentration), with a biomass concentration of 0.96 g L-1 and lipid content of 12.6%. In general, when N. gaditana is exposed to optimum DC concentration, which is a ?stress? condition, the alga decrease the production of protein (from 41.6% to 27.0%) and increase the synthesis of intracellular lipids (from 5.0% to 12.6%) and saturated fatty acids (from 39.0% to 57.0%), especially of palmitic acid (C16:0; from 29.4% to 48.7%), suggesting that marine N. gaditana production for lipids work well when exposed to suboptimal salinity. Considering the effect of trophic conditions (autotrophic, mixotrophic and heterotrophic) and light:dark (L/D) cycles, 24L:00D, 16L:08D, 12L:12D, and 08L:16D in N. gaditana biomass/lipid productivities, it was shown that under autotrophic conditions, N. gaditana requires a longer light period, i.e. a 16L:08D cycle for a high lipid productivity (15.9 mg L-1 day-1). With a shorter light period (08L:16D cycle), high lipid productivity (15.3 mg L-1 day-1) requires mixotrophic cultivation. In addition, the light/dark cycle was found to have a crucial impact on biomass prod. of N. gaditana, which is directly correlated with lipid prod., indicating that the illumination photoperiod is an important factor that need to be taken into consideration. With regard to the chemical composition of six microalgae (C. vulgaris, S. platensis, N. gaditana, N. oculata, P. tricornutum and P. cruentum), algal biomass from these species contain on average 40 g protein, 18 g carbohydrate, 12 g fiber and 10 g lipid per 100 g of biomass dry mass. The species C. vulgaris and S. platensis are rich in ALA (2.8 g/100 g) and GLA (1.9 g/100g), respectively. The marine algae P. tricornutum and N. oculata contain 42% and 37% PUFA (EPA and DHA) respectively, with a favorable ?3/?6 ratio of around 6.5. The alga P. cruentum contains high concentration of AA (3.7 g/100 g). Taken together, the results show that microalgae are excellent candidates as sources of high protein (Spirulina), high carbohydrate/low fiber (Chlorella) and high LC- PUFA-?3 (N. oculata and P. tricornutum) contents with a high nutritional value, similar to sardine fish oil. When non-thermal plasma (NTP) was applied on N. gaditana biomass, it shows that 10 min. of NTP-assisted promotes a disruption of rigid cell wall, with greater lipid recovery 18.5% than control treatment (9.5%, without any pretreatment). Lipids from unruptured cells were rich in polyunsaturated fatty acids (31.0%), mainly composed by eicosapentaenoic acid (EPA, C20:5?-3) while the ruptured microalgal cells were predominantly composed in saturated fatty acids, mainly palmitic acid (C16:0). This is may be associated to the high-voltage from NTP and possible hydrolysis of the double bonds of the unsaturated fatty acids into simple bonds. This new approach towards microalgal cell disruption prior to lipid recovery is still in its infancy and requires further, in-depth studies for biodiesel production.Sant'Anna, Ernani SebastiãoMoecke, Elisa Helena SiegelUniversidade Federal de Santa CatarinaMatos, Ângelo Paggi2018-04-13T19:40:11Z2018-04-13T19:40:11Z2017info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis214 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf352272https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/185630engreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2018-04-13T19:40:11Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/185630Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732018-04-13T19:40:11Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false |
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