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http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/handle/tede2/9540
Tipo do documento: | Tese |
Título: | Otimização do cultivo de Haematococcus pluvialis para maior produtividade em biomassa e biomoléculas |
Autor: | MORAES, Laenne Barbara Silva de |
Primeiro orientador: | BEZERRA, Ranilson de Souza |
Primeiro coorientador: | OLIVERA GÁLVEZ, Alfredo |
Primeiro membro da banca: | MARINHO, Yllana Ferreira |
Segundo membro da banca: | DANTAS, Danielli Matias de Macêdo |
Terceiro membro da banca: | SILVA, Suzianny Maria Bezerra Cabral da |
Quarto membro da banca: | SANTOS, Juliana Ferreira dos |
Resumo: | A microalga Haematococcus pluvialis tem como bioproduto de maior valor econômico a astaxantina, além de ser capaz de produzir outros metabólitos de alto valor, como proteínas, lipídios, ácidos graxos e carboidratos. O presente estudo propõe modificações nas fontes e estratégias de alimentação de nitrogênio e carbono orgânico, bem como a utilização de efluente como meio de cultura, a fim de aumentar a produção de biomassa e de metabólitos de alto valor da H. pluvialis, associando ao aproveitamento do efluente da produção de tilápia em um modelo de economia circular. A primeira parte do estudo propõe uma mudança no modo de fornecimento de nitrogênio, através da estratégia de alimentação por pulsos, e o uso de diferentes fontes de nitrogênio (i.e., NaNO3, NH4NO3 e (NH2)2CO) para aumentar a produção de biomassa de H. pluvialis, carotenoides totais e astaxantina. Na segunda parte, utilizou-se diferentes fontes de carbono orgânico (i.e., acetato de sódio, melaço e glicerol) e estratégias de alimentação (i.e., sem pulsos-WPF e com pulsos-PF) a fim de aumentar a produção de biomassa e metabólitos de alto valor de H. pluvialis. Na terceira parte foi proposto um sistema integrado para o tratamento simultâneo de efluente do cultivo de tilápia do Nilo e produção de astaxantina utilizando a microalga H. pluvialis. Os cultivos foram realizados em escala laboratorial, sendo avaliadas as variáveis de crescimento. Logo, as biomassas foram processadas, através de centrifugação e liofilização, para realização de análises quantitativas e qualitativas dos metabólitos. Os resultados das variáveis de crescimento obtidos na primeira parte do estudo apresentaram diferenças significativa para densidade celular máxima, sendo maiores para NaNO3-PF (176 x 104 células mL-1) e (NH2)2CO-PF (165 x 104 células mL-1). O rendimento e a produtividade de biomassa nas fases vegetativa e cística foram maiores para cultivos com pulsos. Por outro lado, os teores e concentrações de carotenoides totais e astaxantina foram maiores em NH4NO3-WPF (teor de astaxantina ~ 23 mg g-1), sendo influenciados pela depleção de nitrogênio e variação de pH. Quanto ao efeito das fontes e estratégias de alimentação de carbono orgânico no rendimento em biomassa, foram obtidos maiores valores com glicerol-WPF (1,275 g L-1) e acetato-PF (1,264 g L-1). A composição da biomassa em termos de proteínas e lipídios apresentou influência tanto da fonte quanto da estratégia de alimentação de carbono orgânico. Os tratamentos melaço-WPF e glicerol-PF apresentaram maiores concentrações de ácidos graxos e PUFA, em média 5,5 e 2,5% do peso seco (P.S.), respectivamente. Em relação aos níveis de carotenoides, a astaxantina apresentou maior concentração sob glicerol-WPF e melaço-PF, em torno de 315 mg L-1 (6% P.S.). Além dos metabólitos já conhecidos em H. pluvialis, foi reportada pela primeira vez a enzima L-asparaginase, com atividade máxima de 256 ± 24 IU mg-1 de biomassa seca. Por outro lado, a utilização do efluente como meio de cultura em sistema integrado, apesar de apresentar menor densidade celular e rendimento de biomassa, resultou em biomassa com alto teor de astaxantina (10 mg g-1) e atividade antioxidante (89% de inibição dos radicais DPPH). Além disso, esse sistema integrado contribuiu significativamente para a remediação do efluente (remoção de 98% de N e 91% de P). Diante disso, pode-se concluir que modificações nas fontes e estratégias de alimentação de nitrogênio e carbono orgânico incrementam a produção de biomassa e metabólitos de alto valor de H. pluvialis. Adicionalmente, H. pluvialis pode ser usada para tratamento econômico de efluentes de aquicultura com produção simultânea de astaxantina, com potencial aplicação em aquafeed ou outros setores industriais, como um exemplo de economia circular. |
Abstract: | The microalgae Haematococcus pluvialis has astaxanthin as its bioproduct of greatest economic value, in addition to being capable of producing other high-value metabolites, such as proteins, lipids, fatty acids and carbohydrates. The present study proposes modifications in the sources and feeding strategies of nitrogen and organic carbon, as well as the use of effluent as a culture medium, in order to increase the production of biomass and high-value metabolites of H. pluvialis and promote the economy circular. The first part of the study proposes a change in the nitrogen supply mode, through the pulse feeding strategy, and the use of different nitrogen sources (i.e., NaNO3, NH4NO3 and (NH2)2CO) to increase the production of biomass from H. pluvialis and astaxanthin. In the second part, different sources (i.e., sodium acetate, molasses and glycerol) and feeding strategies (i.e., without pulses-WPF and with pulses-PF) of organic carbon were used in order to increase the production of biomass and high-value metabolites H. pluvialis. In the third part, an integrated system was proposed for the simultaneous treatment of effluent from Nile tilapia cultivation and astaxanthin production using the microalgae H. pluvialis. The cultures were carried out on a laboratory scale, and the growth variables were evaluated. Therefore, the biomasses were processed, through centrifugation and freeze-drying, to carry out quantitative and qualitative analyzes of the metabolites. The results of the growth variables obtained in the first part of the study showed significant differences for maximum cell density, being greater for NaNO3-PF (176 x 104 cells mL-1) and (NH2)2CO-PF (165 x 104 cells mL-1). Biomass yield and productivity in the vegetative and cystic phases were higher for pulsed crops. On the other hand, the contents and concentrations of total carotenoids and astaxanthin were higher in NH4NO3-WPF (astaxanthin content ~ 23 mg g-1), being influenced by nitrogen depletion and pH variation. Regarding the effect of organic carbon sources and feeding strategies on biomass yield, higher values were obtained with glycerol-WPF (1.275 g L-1) and acetate-PF (1264 g L-1). The composition of the biomass in terms of proteins and lipids was influenced by both the source and the organic carbon feeding strategy. The molasses-WPF and glycerol-PF treatments showed higher concentrations of fatty acids and PUFA, on average 5.5 and 2.5% P.S., respectively. Regarding carotenoid levels, astaxanthin presented the highest concentration under glycerol-WPF and molasses-PF, around 315 mg L-1 (6% P.S.). In addition to the metabolites already known in H. pluvialis, the enzyme L-asparaginase was reported for the first time, with maximum activity of 256 ± 24 IU mg-1 of dry biomass. On the other hand, the use of effluent as a culture medium in an integrated system, despite presenting lower cell density and biomass yield, resulted in biomass with a high astaxanthin content (10 mg g-1) and antioxidant activity (89% inhibition of DPPH radicals). Furthermore, this integrated system contributed significantly to the remediation of the effluent (removal of 98% of N and 91% of P). Therefore, it can be concluded that modifications in the sources and feeding strategies of nitrogen and organic carbon increase the production of biomass and high-value metabolites of H. pluvialis. Additionally, H. pluvialis can be used for economical treatment of aquaculture effluents with simultaneous production of astaxanthin, with potential application in aquafeed or other industrial sectors, as an example of a circular economy. |
Palavras-chave: | Microalga Haematococcus pluvialis Biomassa Metabólitos Astaxantina L-asparaginase Aquicultura Água residuária Biorremediação |
Área(s) do CNPq: | CIENCIAS AGRARIAS::RECURSOS PESQUEIROS E ENGENHARIA DE PESCA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal Rural de Pernambuco |
Sigla da instituição: | UFRPE |
Departamento: | Departamento de Pesca e Aquicultura |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Recursos Pesqueiros e Aquicultura |
Citação: | MORAES, Laenne Barbara Silva de. Otimização do cultivo de Haematococcus pluvialis para maior produtividade em biomassa e biomoléculas. 2023. 97 f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Recursos Pesqueiros e Aquicultura) - Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/handle/tede2/9540 |
Data de defesa: | 28-Sep-2023 |
Appears in Collections: | Doutorado em Recursos Pesqueiros e Aquicultura |
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