Aplicação de tecnologias de extração de clorofilas e carotenoides de microalgas e uso da biomassa microalgal na adsorção de metais pesados

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Morcelli, Allan Valcareggi
• Orientador(a): Marcilio, Nilson Romeu
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Microalgas; Carotenóides : Extração; Biossorvente; Metais pesados : Remoção
• Palavras-chave em Inglês: Microalgae; Carotenoids; Solvent extraction; Supercritical fluid extraction; COSMO-SAC; Heavy metals; Biosorbents
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/231595

A sustentabilidade é um fator chave no desenvolvimento de soluções para os desafios globais de hoje em dia e requer a aplicação de tecnologias ambientalmente benéficas. Nesse contexto, é crescente o interesse em explorar o potencial das microalgas como valiosas matérias-primas para diferentes aplicações, tornando a biorrefinaria multiproduto uma abordagem que deve reduzir o alto custo da tecnologia microalgal, levando a aplicações em larga escala em um futuro próximo. Heterochlorella luteoviridis e Chlorella sorokiniana são espécies de microalgas consideradas importantes fontes de pigmentos como clorofila a e b, luteína e β-caroteno. No entanto, os pigmentos produzidos por microalgas são retidos nas organelas dentro das células ou no citoplasma, e a parede celular atua como uma barreira dificultando a extração desses compostos. A extração eficiente e econômica é considerada fundamental para viabilizar a produção biológica de pigmentos em larga escala. Considerando o número escasso de estudos experimentais avaliando solventes orgânicos comumente usados, permitidos pela legislação ambiental para extrair compostos de microalgas, este trabalho teve como objetivo a extração da clorofila a, clorofila b e dos carotenoides encontrados em Heterochlorella luteoviridis e Chlorella sorokiniana. Os solventes etanol, acetona, acetato de etila e hexano foram utilizados para a extração em batelada, e os rendimentos de extração e perfis de carotenoides dos extratos foram determinados para avaliar a aplicabilidade desses solventes. Três razões de solvente para biomassa foram testadas (100:1, 200:1 e 1000:1), entretanto esta variável não afetou os resultados na maioria dos casos. O etanol apresentou a maior eficiência na recuperação de clorofilas de microalgas, apresentando altos rendimentos e sendo, portanto, recomendado nesta aplicação. Quanto à recuperação de carotenoides, a acetona figurou entre os solventes mais eficientes na extração de violaxantina, luteína, zeaxantina e caroteno de ambas as biomassas de microalgas, demonstrando ser um solvente orgânico geralmente adequado nesta aplicação. O modelo COSMO-SAC corroborou os resultados de extração, provando ser uma importante ferramenta na triagem de solventes para processos de extração. Em uma segunda abordagem, um planejamento composto central foi empregado para avaliar o uso de misturas sub e supercríticas de CO2+etanol para extrair clorofilas e carotenoides da microalga Chlorella sorokiniana. Os perfis de carotenoides dos extratos foram totalmente avaliados, e as condições ótimas para a extração de clorofila a, clorofila b, carotenos, luteína, zeaxantina e violaxantina foram diferenciadas. A temperatura de extração, a pressão e a composição da mistura de solventes mostraram-se fatores relevantes, pois as condições experimentais proporcionaram resultados de extração fundamentalmente diferentes. A presença de etanol mostrou-se essencial para a extração eficiente de clorofilas e para melhorar substancialmente a recuperação de carotenoides. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi utilizada para avaliar a integridade celular e indicou que o aumento da pressão pode ter afetado positivamente a extração dos compostos ao causar rompimento das partículas. Além disso, o COSMO-SAC foi usado para calcular os coeficientes de atividade de diluição infinita (CADIs) de carotenoides na mistura solvente. Esta abordagem teórica foi capaz de corroborar os resultados experimentais ao prever com precisão a composição ideal do solvente para extrair compostos, mais uma vez provando que o modelo COSMO-SAC é uma ferramenta importante para a otimização de processos de extração de biomoléculas. Em uma abordagem sobre o potencial de utilização da biomassa microalgal, este trabalho ainda avaliou a capacidade das biomassas de C. sorokiniana e H. luteoviridis em absorver metais pesados comumente encontrados em efluentes industriais de curtumes e da indústria de galvanoplastia. As remoções de metais pesados foram de 61,4 % Cu2+, 90,2 % Cr3+, 6,9 % Cr6+, 93,7 % Fe2+, 90,6% Fe3+ e 70,3 % Zn2+ para H. luteoviridis, e 65,6 % Cu2+, 75,7 % Cr3+, 5,4 % Cr6+, 86,0 % Fe2+, 63,5 % Fe3+ e 62,7 % Zn2+ para C. sorokiniana. A análise de regressão mostrou que a capacidade de sorção era dependente da microalga, da concentração de metal pesado em solução e do número atômico do adsorvato. Esses resultados indicaram que o uso de microalgas como biossorventes é uma alternativa tecnológica promissora, e a remoção eficiente de ferro foi destacada.