Colheita de Spirulina platensis via biofloculação fúngica e uso da biomassa em bioprocessos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Nazari, Mateus Torres
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade de Passo Fundo
Faculdade de Engenharia e Arquitetura – FEAR
Brasil
UPF
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.upf.br/handle/123456789/2676
Resumo: Microalgae can be cultivated aiming to use their biomass to produce biofuels or to obtain high value-added bioproducts. Although the production of biofuels from microalgae has numerous advantages over other feedstocks, its large-scale application is still limited by economic aspects. In this sense, studies have been aimed to reduce production costs, especially to optimize the harvesting, which is reported as one of the most limitations in third-generation biofuels. Among the techniques commonly used, bioflocculation is a promising alternative and eco-friendly method, based on its viability in terms of cost, execution, and efficiency. From a review article developed, it was verified that filamentous fungi can be used as biofloculants of microalgae due to the mutual interaction that occurred by charge differences between these microorganisms. However, there is a lacking of studies addressing applications for biomass resulting from fungal-mediated biofloculation processes, especially for bioethanol. Thus, this work aimed to implement different bioprocesses to harvest Spirulina platensis cells using Aspergillus niger biomass as a bioflocculant. Besides, the bioflocculation process was scaled-up and, from the resulting algae:fungus biomass, the aim was to produce bioethanol. These aims were divided and presented in this document in four chapters, which contain the articles resulting from this dissertation. It was possible to determine the best experimental conditions to produce Aspergillus niger biomass under submerged fermentation using two agro-industrial by-products as substrate. However, a low amylolytic activity was obtained, making it impossible to use the amylases produced by the fungus in the saccharification step. Regarding bioflocculation, Aspergillus niger biomass is a viable bioflocculant of Spirulina platensis, since all microalgal biomass was harvested in two hours in some experimental conditions, and a ~90% efficiency has been achieved without any addition of chemicals. Also, a 20-fold scale increase of the biofloculation process was studied, which resulted in a harvesting efficiency greater than 95%. Regarding bioethanol, it was not possible to produce this biofuel using the bioflocculated biomass. Therefore, further studies should evaluate methods of cell disruption and saccharification of biomasses from bioflocculation, to make it possible to produce bioethanol from this matrix. All these aspects explored in this work aimed to contribute to the sustainability of Spirulina cultivations, especially for the concept of integrated biorefinery and the United Nations Sustainable Development Goals.
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From a review article developed, it was verified that filamentous fungi can be used as biofloculants of microalgae due to the mutual interaction that occurred by charge differences between these microorganisms. However, there is a lacking of studies addressing applications for biomass resulting from fungal-mediated biofloculation processes, especially for bioethanol. Thus, this work aimed to implement different bioprocesses to harvest Spirulina platensis cells using Aspergillus niger biomass as a bioflocculant. Besides, the bioflocculation process was scaled-up and, from the resulting algae:fungus biomass, the aim was to produce bioethanol. These aims were divided and presented in this document in four chapters, which contain the articles resulting from this dissertation. It was possible to determine the best experimental conditions to produce Aspergillus niger biomass under submerged fermentation using two agro-industrial by-products as substrate. However, a low amylolytic activity was obtained, making it impossible to use the amylases produced by the fungus in the saccharification step. Regarding bioflocculation, Aspergillus niger biomass is a viable bioflocculant of Spirulina platensis, since all microalgal biomass was harvested in two hours in some experimental conditions, and a ~90% efficiency has been achieved without any addition of chemicals. Also, a 20-fold scale increase of the biofloculation process was studied, which resulted in a harvesting efficiency greater than 95%. Regarding bioethanol, it was not possible to produce this biofuel using the bioflocculated biomass. Therefore, further studies should evaluate methods of cell disruption and saccharification of biomasses from bioflocculation, to make it possible to produce bioethanol from this matrix. All these aspects explored in this work aimed to contribute to the sustainability of Spirulina cultivations, especially for the concept of integrated biorefinery and the United Nations Sustainable Development Goals.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESMicroalgas podem ser cultivadas visando utilizar sua biomassa para produzir biocombustíveis ou para obtenção de produtos de alto valor agregado. Embora a produção de biocombustíveis a partir de microalgas apresente vantagens em relação às outras matérias-primas, sua aplicação em larga escala ainda esbarra em aspectos econômicos. Diante disso, estudos têm buscado formas de reduzir custos de produção, principalmente na etapa de colheita, que é ainda é relatada como um dos gargalos da produção de microalgas para diferentes aplicações em virtude do tamanho reduzido das células microalgais e da sua alta estabilidade coloidal no meio de cultivo. Dentre as diversas técnicas existentes, a biofloculação evidencia-se como alternativa promissora frente aos métodos tradicionais de colheita, uma vez que é viável em termos de custo, execução, eficiência e, sobretudo, por ser um método ambientalmente mais adequado. A partir da elaboração de um artigo de revisão, verificou-se que fungos filamentosos podem ser empregados como agentes biofloculantes de cultivos algais em virtude da interação mútua ocorrida pela diferença de cargas entre os microrganismos. Contudo, estudos abordando aplicações para a biomassa resultante de processos de biofloculação mediada por fungos são escassos, especialmente sobre bioetanol. Sendo assim, esta dissertação objetivou implementar diferentes bioprocessos para realizar a colheita de células de Spirulina platensis através da utilização de biomassa de Aspergillus niger como agente biofloculante. Além disso, foi realizado aumento de escala desse processo de separação e, da biomassa alga:fungo resultante, visou-se produzir bioetanol. Estes objetivos foram divididos e apresentados neste documento em forma de quatro capítulos, os quais contém os artigos resultantes desta dissertação. Foi possível determinar as melhores condições experimentais para produzir biomassa de Aspergillus niger via fermentação submersa utilizando dois subprodutos agroindustriais como substrato. Contudo, uma baixa atividade amilolítica foi obtida, inviabilizando a utilização das amilases produzidas pelo fungo na etapa de sacarificação enzimática. Em relação à biofloculação, verificou-se a viabilidade de utilizar biomassa de Aspergillus niger como agente biofloculante de Spirulina platensis, uma vez que, em algumas condições experimentais, toda biomassa microalgal foi colhida em duas horas e, sem nenhuma adição de químicos, cerca de 90% de eficiência foi alcançada. Além disso, foi estudado um aumento de escala do processo de biofloculação de 20 vezes, que resultou em uma eficiência de colheita superior a 95%. Em relação à produção de bioetanol, não foi possível gerar esse biocombustível com a biomassa biofloculada. Sendo assim, estudos futuros devem avaliar métodos de ruptura celular e de sacarificação de biomassas provenientes de biofloculação, a fim de que se torne possível produzir bioetanol a partir da matriz Spirulina+Aspergillus. Todos os aspectos abordados por este trabalho visavam contribuir para aumentar a sustentabilidade da produção de Spirulina, principalmente no que tange o conceito de biorrefinaria integrada e os objetivos do desenvolvimento sustentável da Organização das Nações Unidas.Universidade de Passo FundoFaculdade de Engenharia e Arquitetura – FEARBrasilUPFPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil e AmbientalColla, Luciane Mariahttp://lattes.cnpq.br/4804304036455640Nazari, Mateus Torres2025-05-07T14:28:48Z2021-02-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfNAZARI, Mateus Torres. Colheita de Spirulina platensis via biofloculação fúngica e uso da biomassa em bioprocessos. 2021. 108 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil e Ambiental) - Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, RS, 2021.https://repositorio.upf.br/handle/123456789/2676porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UPFinstname:Universidade de Passo Fundo (UPF)instacron:UPF2025-05-07T14:39:10Zoai:repositorio.upf.br:123456789/2676Repositório InstitucionalPRIhttp://repositorio.upf.br/oai/requestjucelei@upf.br||biblio@upf.bropendoar:16102025-05-07T14:39:10Repositório Institucional da UPF - Universidade de Passo Fundo (UPF)false
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