Cultivos de microalgas com ênfase na produção de compostos bioativos: influência da radiação uvb e da concentração de nitrogênio em cultivos de células imobilizadas

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Bauer, Lenon Medeiros
• Orientador(a): Rech, Rosane
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Microalgas; Compostos bioativos; UVB; Chlorella minutissima; Secagem de alimento
• Palavras-chave em Inglês: Biostimulation; Chlorella minutissima; drying; immobilization; UVB
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/219844

As microalgas apresentam em sua composição uma gama de compostos bioativos de elevado interesse comercial, sendo empregadas para melhorar o valor nutricional de produtos alimentares e rações para animais, na indústria farmacêutica e na redução do efeito estufa a partir da fixação de CO2. No entanto, busca-se alternativas para aumentar a sua produtividade e síntese de compostos bioativos a fim de tornar estes processos mais atrativos economicamente. Com o objetivo de buscar estratégias para aumentar a concentração de biomassa e a produção de compostos bioativos em microalgas, o presente trabalho foi dividido em duas partes, sendo que na primeira parte estudou-se os efeitos da radiação UVB aplicada em diferentes tempos de exposição (2, 4, 6, 8 e 10 h d-1) em cultivos de Pseudoneochloris marina e Chlorella minutissima, avaliando o seu efeito na concentração de biomassa, carotenoides e ácidos graxos. Os tratamentos UVB (10 W m-2) durante 6 h d-1 em cultivos de P. marina apresentaram efeito inibitório na concentração de biomassa, lipídios e pigmentos, enquanto que exposições mais curtas não apresentaram efeito significativo.Já os tratamentos UVB aplicados por 6 h d-1 e 10 h d-1 aumentaram a concentração de biomassa de C. minutissima em 27 % (1,14 ± 0,01 g L-1) e 20 % (1,07 ± 0,05 g L-1), respectivamente, em relação ao controle (0,89 ± 0,06 g L- 1). O conteúdo de all-trans-zeaxantina aumentou entre 1,4 - 2,0 vezes em todos os cultivos tratados com UVB. Além disto, o conteúdo de ácido α-linolênico e ácido eicosapentaenoico foram estimulados com o aumento do tempo de exposição UVB. Desta forma, C. minutissima demonstrou resistência ao estresse causado pela UVB, obtendo aumentos simultâneos na produção de biomassa e compostos bioativos, agregando valor à biomassa com potencial biotecnológico para a indústria alimentícia e farmacêutica. Na segunda etapa do trabalho realizou-se cultivos de C. minutissima imobilizadas em esferas de alginato de cálcio avaliando o efeito da concentração de nitrogênio (48 – 96 mg L-1) e o perfil de adição de nitrogênio durante o cultivo em batelada alimentada, na produção de biomassa, proteínas, lipídios, carotenoides e ácidos graxos. No cultivo em batelada, 96 mg L-1 de N- NO3 promoveram a maior concentração de biomassa (1.65 ± 0.08 g L-1), clorofilas, proteínas e carotenoides, cerca de 2,8, 1,5 e 1,3 vezes maior que o controle (48 mg L-1 N-NO3), respectivamente. Com cultivos em batelada alimentada foi possível otimizar a produtividade de C. minutissima imobilizada. O cultivo em batelada alimentada com três adições de 96 mg L-1 de N-NO3 proporcionou maior concentração de biomassa (2,13 ± 0,02 g L-1) e um aumento no teor de clorofilas (1,7 vezes), carotenoides totais (1,3 vezes) e proteínas (1,6 vezes) em comparação com o cultivo em batelada. O teor de PUFAS, tais como, ácido linoleico (LA, C18:2n-6) e α-linolênico (ALA, C18:3n-3) também aumentaram na biomassa, promovendo assim seu enriquecimento nutricional com compostos de alto valor agregado e de interesse biotecnológico, o que aliado a técnica de imobilização celular auxilia na redução nos custos de produção de microalgas. A partir das melhores condições de cultivo definidas realizou-se a secagem de C. minutissima imobilizada a fim de estender sua vida de prateleira, para tal foram descritas as características das curvas de secagem por convecção (30 - 50 °C) e investigada a influência dos processos de secagem (secagem convectiva e liofilização) no teor de carotenoides, bem como a estabilidade de carotenoides durante o armazenamento após a secagem (na presença e ausência de luz). Os valores de difusividade efetiva variaram entre 0,23 - 0,79 × 10-10 m2 s-1 e a energia de ativação foi de 49,39 kJ mol-1. A melhor condição de secagem (50 °C) apresentou os menores valores de umidade, atividade de água e tempo de secagem, além de não degradar os carotenoides na biomassa final. A imobilização em alginato mostrou-se promissora em manter quantidades expressivas de carotenoides durante o armazenamento em condições aceleradas (40 °C), principalmente quando mantidas no escuro, preservando 80 % dos carotenoides totais, após 30 dias de armazenamento. Com isso, foi possível estender a vida útil de C. minutissima imobilizada em esferas de alginato por meio de um método de secagem simples, rápido e econômico, preservando os carotenoides durante o processo, além de conservar esses compostos durante o armazenamento.