Aplicação de tecnologias emergentes no crescimento de microalgas e na extração de compostos de interesse

Abstract

Microalgas são organismos capazes de sintetizar lipídeos, proteínas e carotenoides que podem ser matéria-prima para produção de biocombustíveis, bioestimulantes agrícolas, alimentos e rações. Alguns estudos sugerem que o estresse celular como o uso de tecnologias emergentes, como o ultrassom (US), poderia aumentar a produção de biomassa e de seus compostos, melhorando sua competitividade no mercado. Além disso, os métodos de extração mais comuns desses compostos envolvem solventes tóxicos, como éter de petróleo, metanol e outros, prejudiciais ao meio ambiente. Assim, métodos alternativos de extração, como o uso da tecnologia de campo elétrico pulsado (PEF, do inglês Pulsed electric field), é relevante por ser considerada uma tecnologia limpa. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a aplicação de US durante o crescimento de microalgas, e avaliar o processo extrativo com uso de PEF dos compostos sintetizados. No estudo do uso de US durante o crescimento das microalgas Pseudoneochloris marina e Chlorella zofingiensis foi observado comportamentos distintos entre as espécies que reagiram de forma diferente aos estímulos físicos. Para P. marina, o tratamento com US não aumentou a proliferação celular, e ainda reduziu a densidade celular quando utilizado por 60 min (fase exponencial, durante 5 dias), indicando uma possível ocorrência de danos celulares. Para C. zofingiensis, a aplicação de US descontínuo durante 10 min resultou num aumento de 65 % na concentração de biomassa (2,19 ± 0,10 g L-1) em comparação com o controle (1,33 ± 0,16 g L-1). No estudo do uso de PEF como pré-tratamento extrativo utilizando etanol como solvente, foi avaliada a extração da biomassa fresca de C. zofingiensis em duas fases de crescimento: verde (sem stress) e laranja (com stress). O melhor tratamento PEF (20 kV cm-1, 150 μs) mostrou um aumento de 46 % de carotenoides (0,76 mg L-1) em comparação com a extração do controle. Em geral, os resultados do presente estudo mostraram o potencial do US descontínuo para aumentar a proliferação de células de microalgas e a aplicação de PEF combinada com etanol como sendo uma abordagem adequada para a extração de carotenoides.

Microalgae can synthesize lipids, proteins, and carotenoids, which can serve as raw material for biofuels and agricultural biostimulants, food, and animal feed. Studies have been suggesting that stressing microalgae cells applying emerging technologies, such as ultrasound (US), might increase biomass and compounds production, improving its competitiveness. In addition, the most common extraction methods for these compounds involve toxic solvents such as petroleum ether, methanol and others, which are harmful to the environment. Thus, alternative extraction methods, such as the use of pulsed electric field (PEF) technology, is relevant because it is considered a clean technology. In this context, the present work aims to evaluate the application of US during the growth of microalgae, and to evaluate the extractive process using PEF of the synthesized compounds. In the study of the use of US during the growth of the microalgae Pseudoneochloris marina and Chlorella zofingiensis, distinct behaviors were observed between the species that reacted differently to physical stimuli. For P. marina, US treatment did not increase cell proliferation, and even reduced cell density when used for 60 min (exponential phase for 5 days), indicating a possible occurrence of cell damage. For C. zofingiensis, discontinuous US application for 10 min resulted in a 65 % increase in biomass concentration (2.19 ± 0.10 g L-1) compared to the control (1.33 ± 0.16 g L-1). In the study of the use of PEF as an extractive pretreatment using ethanol as solvent, the extraction of fresh biomass of C. zofingiensis at two growth stages: green (unstressed) and orange (stressed) was evaluated. The best PEF treatment (20 kV cm-1, 150 μs) showed a 46 % increase in carotenoids (0.76 mg L-1) compared to the control extraction. Overall, the results of the present study showed the potential of discontinuous US to enhance microalgae cell proliferation and the application of PEF combined with ethanol to be a suitable approach for carotenoid extraction.