Desenvolvimento de sistema para cultivo de microalgas e ensaio Ecofisiológico para aplicação em biotecnologia ambiental

Abstract

Com o surgimento de novas tecnologias no campo interdisciplinar da Biotecnologia, cresce também a utilização das microalgas em diversos setores de interesse econômico e de tecnologia ambiental. O presente trabalho buscou procurou aliar conceitos distintos de formas de cultivo de microalgas em um único sistema (híbrido), para produção de biomassa e abordar o potencial de uma microalga extremófila quanto a sua tolerância a metais pesados. O trabalho foi desenvolvido paralelamente no Laboratório de Cultivo de Algas (LCA-UFSC) e no Laboratório de Ficologia (LAFIC-UFSC), entre fevereiro de 2013 e maio de 2015. O capítulo 1 tratou da construção de um sistema híbrido para o cultivo e a realização de testes de batelada com a microalga teste Scenedesmus obliquus para validação, com quantificação do crescimento, produtividade, perfil da biomassa (teor de óleo, perfil de ácidos graxos, proteínas, teor de luteína e betacaroteno) quanto à presença de CO2 no cultivo. O volume total de trabalho do sistema foi definido em 180 litros, que circulou por três segmentos: reservatório, sistema de tubos (2m de coluna d?água) e rampa. A rampa foi definida em 5m2 de área superficial com lâmina d?água média de 1,5cm de altura. A vazão de trabalho foi de 55,7 L min-1 e velocidade de fluxo de 0,0619 m s-1. O sistema teve o pedido de patente protocolado junto ao INPI (Apêndice 1). A produtividade líquida média de S. obliquus, com CO2, foi de 7,08 g m-2 dia-1 contra 0,77g m-2 dia-1 sem o porte do gás. Foi observado que o cultivo de S.obliquus neste sistema necessita de CO2 mesmo em baixa densidade. O teor de óleo médio nos experimentos com CO2 foi de cerca de 20%, contra 15,5% nos experimentos sem CO2. O resultado também indicou uma maior assimilação de carbono na condição com suprimento adicional de CO2. A diferença marcante no perfil entre os dois tratamentos foi quanto aos ácidos graxos insaturados com 18 carbonos. Na condição sem CO2 o ácido oleico (C18:1) foi predominante, ao passo que na condição com CO2, o ácido a-linolênico (C18:2) foi o mais abundante. O capítulo 2 abordou o crescimento de Chlamydomonas acidophila LAFIC-004 em meio com elevadas concentrações de zinco e cádmio (quantificação de biomassa, glutationas, fitoquelatinas, pigmentos, zinco e cádmio no sobrenadante e alterações da ultraestrutura). A cepa mostrou alto potencial às concentrações testadas. A presença de fitoquelatinas livres foi reduzida significativamente indicando imobilização dos metais na célula, corroborado pela análise ultraestrutural.<br>

Abstract : With the emergence of new technologies in the interdisciplinary field of biotechnology, the use of microalgae in various sectors of economic interest and environmental technology is also increasing. The present work sought to combine different concepts of microalgae cultivation in a single system (hybrid) for biomass production and to address the potential of an extremophilic microalgae as to its tolerance to heavy metals. In two charpters the work was divided, with the experimental part developed in parallel in the Algae Cultivation Laboratory (LCA-UFSC) and in the Laboratory of Ficology (LAFIC-UFSC) between February 2013 and May 2015. Chapter 1 dealt with the The construction of the hybrid system for the cultivation and performance of batch tests with the Scenedesmus obliquus test microalgae, for validation, with quantification of growth, productivity, biomass profile (oil content, fatty acids profile, proteins, lutein content and betacarotene) for the presence of CO2 in the culture. The total work volume of the system was set at 180 liters, which circulated through three main segments: reservoir, pipe system (2m of water column) and ramp. The ramp was defined in 5m2 of surface area with an average water depth of 1.5cm in height. The workflow was 55.7 L min-1 and flow velocity of 0.0619 m s-1. The system had the patent application filed with the INPI. The average net productivity of S. obliquus with CO2 was 7.08 g m-2 day-1 versus 0.77 g m-2 day-1 without the gas carrying. It was observed that the cultivation of S. obliquus in this system requires CO2 even at low density. The average oil content in the CO2 experiments was about 20%, against 15.5% in the experiments without CO2. The result also indicated greater carbon uptake in the condition with additional CO2 supply. The marked difference in the profile between the two treatments was for the unsaturated fatty acids with 18 carbons. In the condition without CO2 the oleic acid (C18:1) was predominant, whereas in the CO2 condition, a-linolenic acid (C18:2) was the most abundant. The chapter two were about Chlamydomonas acidophila LAFIC-004, were grown in medium with high concentrations of zinc and cadmium (quantification of biomass, glutathione, phytochelatins, pigments, zinc and cadmium in the supernatant and ultrastructure changes). The strain was tolerant to the concentrations tested. The presence of free phytochelatins was significantly reduced indicating immobilization of the metals in the cell, corroborated by the ultrastructural analysis.