Aplicação de tecnologias emergentes na extração de compostos de interesse a partir de microalgas

Abstract

Devido à crescente demanda por antioxidantes, corantes e compostos bioativos de origem natural, a busca por fontes naturais e renováveis ricas nesses compostos tem se intensificado e as microalgas se apresentam como fonte alternativa de compostos como lipídeos, pigmentos e proteínas. A etapa de extração desses compostos é, normalmente, demorada, sendo necessário, em alguns casos, o uso de solventes tóxicos, o que dificulta a aplicação dos produtos extraídos pela indústria. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar metodologias alternativas de extração de compostos de alto valor agregado a partir de microalgas. Os estudos realizados foram divididos em duas partes: extração de carotenoides e lipídeos da microalga Heterochlorella luteoviridis e extração de ficocianinas e proteínas da Spirulina platensis. Nos estudos realizados com a H. luteoviridis, avaliou-se as tecnologias de campo elétrico moderado (MEF) e ultrassom (US) como pré-tratamentos de extração, seguidos por uma etapa difusiva com etanol, que é considerado um solvente menos agressivo ao meio-ambiente, podendo ser produzido de maneira sustentável. Utilizando o US (40-80 % da intensidade) e etanol (60 – 75 %, v/v) foi possível extrair até 80 % dos carotenoides e 81 % dos lipídeos presentes na microalga. A aplicação de MEF influenciou a extração de carotenoides na faixa de temperatura de 30 – 50 °C, sendo possível extrair até 86 % da concentração total de carotenoides (em relação à extração exaustiva). Na segunda parte do presente trabalho, as tecnologias de campo elétrico pulsado (PEF), US e MEF foram avaliadas como pré-tratamentos de extração e os resultados foram comparados com a extração utilizando moinho de bolas, congelamento e descongelamento e vórtex com bolas de vidro. A aplicação de PEF resultou em extratos de maior pureza (menor concentração de clorofilas) quando comparado aos extratos obtidos com o moinho de bolas, sendo possível extrair quantidades equivalentes utilizando ambos os métodos (até 85,2 ± 5,7 mg g-1 e 48,4 ± 4,4 g 100 g-1 de ficocianinas e proteínas, respectivamente). A aplicação do US apresentou rendimentos altos de extração (45,71 g g-1 de ficocianinas e 44,2 mg 100 g-1 de proteínas), contudo, os extratos apresentaram alta concentração de clorofilas. Os efeitos do MEF foram avaliados em diferentes temperaturas e os resultados mostraram que a aplicação dessa tecnologia (43 – 53 V cm-1) não teve efeito na extração dos compostos. A desestruturação celular da Spirulina platensis ocorre entre 45 e 50 °C, sendo possível extrair até 25,02 ± 0,3 mg g-1de proteínas na temperatura de 50 °C.

The demand for natural antioxidants, dyes and bioactive compounds for food and pharmeceutical applications have been increasing. In this context, microalgae are considered alternative sources of lipids, pigments, proteins and carbohydrates. Conventional extraction methods are normally time consuming and, in some cases, require organic toxic solvents, which are harmful to the environmental and represent a contamination risk on food processing. Therefore, the present work aimed to develop alternative extraction methodologies for high value-added compounds from microalgae. This study was divided in two parts: the extraction of lipids and carotenoids from Heterochlorella luteoviridis and the extraction of phycocyanins and proteins from Spirulina platensis. In the first part, ultrasound (US) and moderate electric field (MEF) were evaluated as pre-treatment extraction technologies followed by a diffusive step with ethanol. The results showed that it was possible to extract 80 % of carotenoids and 81 % of lipids using US (40 – 80 % of intensity) and ethanol (60 – 75 %, v/v). MEF application influenced carotenoids extraction at 30 – 50 °C, extracting up to 86 % of carotenoids. In the second part of the presente work, pulsed electric field (PEF), US and MEF were evaluated during a pre-treatment and the results were compared to bead milling, freezing and thawing and vortex with glass beads. PEF resulted in high purity extracts (less chlorophyll concentration) if compared to the extracts obtained with bead milling. Using PEF it was possible to extract the same amount of proteins and phyocyanins that were obtained with bead milling (85.2 ± 5.7 mg g-1 and 48.4 ± 4.4 g 100 g-1 of phycocyanins and proteins, respectively). US application resulted in high extraction yields (45.7 g g-1 of phycocyanins and 44.2 mg 100 g-1 of proteins). However, the extracts presented high chlorophyll concentration. MEF effects were evaluated at different temperature conditions and MEF (43 – 53 V cm-1) did not influence the extraction yield. At 50 °C it was possible to extract up to 25.02 ± 0.3 mg of proteins g-1 due to cell destruction promoted by temperature effect.