Neste estudo foi primeiramente realizado o crescimento de três espécies de microalgas de água doce, Chlorella vulgaris, Chlorella zofingiensis e Acutodesmus obliquus, cultivadas em meio de cultura BBM. Foi possível observar que a microalga Chlorella vulgaris registou um crescimento superior em comparação com as outras espécies, mais estável e fiável para poder replicar e continuar com os ensaios, assim como a menos suscetível a contaminações e aglomeração das microalgas por falta de agitação mecânica.
Os ensaios para os quais foi adicionada glicose (>0,5 g/L) ao meio registaram todos contaminações o que mostra que é um meio propicio á competição pelo espaço e proliferação por parte de fungos e bactérias, estes ensaios não foram então levados em conta neste estudo. Quanto aos resultados obtidos é possível concluir que para uma maior produção de biomassa por litro de cultura os ensaios com uma maior concentração de nitrato (>170,7 mg/L) registam valores mais elevados (cerca de 800 mg/L biomassa), as microalgas através da fotossíntese e na presença de nitrato assimilam este nutriente nos seus processos biológicos o que resulta num maior crescimento celular enquanto que para os ensaios com stress de ferro não é possível dizer que o crescimento é potenciado na limitação ou aumento deste
42
nutriente, mas sim que na utilização de concentrações maiores de ferro( 10 e 50 mg/L) o pico de crescimento das culturas é atingido mais rápido.
Relativamente á influência do stress nutricional na concentração de pigmentos é muito mais vantajoso para obter uma maior produção de, nomeadamente, clorofila-a e carotenóides, a utilização de meios mais ricos em nitrato (569 mg/L) enquanto que para os ensaios com stress de ferro uma concentração inferior de ferro (0,5 mg/L) no meio de cultura regista concentrações de clorofila-a mais elevadas o que sugere uma combinação destes dois fatores num meio para poder obter uma maior produção de clorofila-a.
Face aos resultados obtidos para o teor de lípidos podemos concluir que uma menor concentração de nitrogénio (28,4 mg/L) no meio de cultura favorece a acumulação de lípidos pelas microalgas atingindo um teor de 42 %. Fator importante para a produção de biodiesel embora uma menor concentração de nitrogénio no meio também registe uma menor taxa de crescimento das microalgas, quanto aos ensaios com stress de ferro é possível concluir que o melhor meio se trata do meio de cultivo de referencia (1,0 mg/L) que sugere que uma adição ou limitação deste nutriente não seja vantajosa para uma maior produção de lípidos. Após a realização deste estudo surgem algumas ideias de alterações que possam ser feitas de forma a obter conclusões mais fiáveis assim como novas conclusões:
• Utilização de agitação mecânica de forma a melhorar o contacto das culturas com o meio assim como através do movimento de agitação evitar o aglomerar das microalgas.
• Realização das culturas com adição de glicose com maior cuidado de forma a evitar contaminações e com concentração abaixo dos 0,5 g/L.
• Realizar os ensaios para volumes de cultura maiores ≥ 5L, de forma a obter quantidades de biomassa e óleo superiores, que facilitam na realização dos procedimentos e quantificação de massas.
• Realizar o estudo com outras espécies de microalgas.
• Fazer a combinação dos meios de cultura que obtiveram os melhores resultados dependendo do produto que se quer obter (por exemplo: realizar um ensaio com um meio rico em nitrato e limitado em ferro de forma a obter concentrações superiores em clorofila-a).
Referências
Abou-Shanab, R.A.I., Hwang, J.-H., Cho, Y., Min, B., Jeon, B.-H., 2011. Characterization of microalgal species isolated from fresh water bodies as a potential source for biodiesel
production. Applied Energy 88, 3300–3306.
https://doi.org/10.1016/J.APENERGY.2011.01.060
Alam, F., Date, A., Rasjidin, R., Mobin, S., Moria, H., Baqui, A., 2012. Biofuel from algae- Is it a viable alternative? peer-review under responsibility of the International Energy
Foundation. Procedia Engineering 49, 221–227.
https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.10.131
Balavigneswaran, C.K., Sujin Jeba Kumar, T., Moses Packiaraj, R., Veeraraj, A., Prakash, S., 2013. Anti-oxidant activity of polysaccharides extracted from Isocrysis galbana using RSM optimized conditions. International Journal of Biological Macromolecules 60, 100–108. https://doi.org/10.1016/J.IJBIOMAC.2013.05.014
Bligh, E.G., Dyer, W.J., 1959. A rapid method of total lipid extraction and purification. Canadian Journal of Biochemistry and Physiology 37, 911–917. https://doi.org/10.1139/o59-099
Boussiba, S., Vonshak, A., 1991. Astaxanthin Accumulation in the Green Alga Haematococcus pluvialis. Plant and Cell Physiology 32, 1077–1082. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.pcp.a078171
Brasil, B.S.A.F., Silva, F.C.P., Siqueira, F.G., 2017. Microalgae biorefineries: The Brazilian
scenario in perspective. New Biotechnology 39.
https://doi.org/10.1016/j.nbt.2016.04.007
Brennan, L., Owende, P., 2010. Biofuels from microalgae—A review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and co-products. Renewable and Sustainable Energy Reviews 14, 557–577. https://doi.org/10.1016/j.rser.2009.10.009 Chapman, R.L., 2013. Algae: the world’s most important “plants”—an introduction.
Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 18, 5–12. https://doi.org/10.1007/s11027-010-9255-9
Chen, C.-Y., Yeh, K.-L., Aisyah, R., Lee, D.-J., Chang, J.-S., 2011. Cultivation, photobioreactor design and harvesting of microalgae for biodiesel production: A critical
44
review. Bioresource Technology 102, 71–81.
https://doi.org/10.1016/J.BIORTECH.2010.06.159
Chew, K.W., Yap, J.Y., Show, P.L., Suan, N.H., Juan, J.C., Ling, T.C., Lee, D.J., Chang, J.S., 2017. Microalgae biorefinery: High value products perspectives. Bioresource Technology 229. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.01.006
Dixon, C., Wilken, L.R., 2018. Green microalgae biomolecule separations and recovery. Bioresources and Bioprocessing 5, 14. https://doi.org/10.1186/s40643-018-0199-3 Enamala, M.K., Enamala, S., Chavali, M., Donepudi, J., Yadavalli, R., Kolapalli, B.,
Aradhyula, T.V., Velpuri, J., Kuppam, C., 2018. Production of biofuels from microalgae - A review on cultivation, harvesting, lipid extraction, and numerous applications of microalgae. Renewable and Sustainable Energy Reviews 94, 49–68. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2018.05.012
González-Delgado, Á.-D., Kafarov, V., 2011. Microalgae based biorefinery: issues to consider, Tecnología y Futuro.
Gouveia, L., Veloso, V., Reis, A., Fernandes, H., Novais, J., Empis, J., 1996. Evolution of pigment composition in Chlorella vulgaris. Bioresource Technology 57, 157–163. https://doi.org/10.1016/0960-8524(96)00058-2
Halim, R., Danquah, M.K., Webley, P.A., 2012. Extraction of oil from microalgae for biodiesel production: A review. Biotechnology advances 30, 709–32. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2012.01.001
Hirano, A., Ueda, R., Hirayama, S., Ogushi, Y., 1997. CO2 fixation and ethanol production with microalgal photosynthesis and intracellular anaerobic fermentation. Energy 22, 137–142. https://doi.org/10.1016/S0360-5442(96)00123-5
Hu, J., Nagarajan, D., Zhang, Q., Chang, J.S., Lee, D.J., 2018. Heterotrophic cultivation of microalgae for pigment production: A review. Biotechnology Advances. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2017.09.009
Ip, P., Chen, F., 2005. Production of astaxanthin by the green microalga in the dark. Process Biochemistry.
Klinthong, W., Yang, Y.-H., Huang, C.-H., Tan, C.-S., 2015. A review: Microalgae and their applications in CO2 capture and renewable energy. Aerosol and Air Quality Research
15, 712–742. https://doi.org/10.4209/aaqr.2014.11.0299
Lee, Y.-K., 1997. Commercial production of microalgae in the Asia-Pacific rim. Journal of Applied Phycology 9, 403–411. https://doi.org/10.1023/A:1007900423275
Lemoine, Y., Schoefs, B., 2010. Secondary ketocarotenoid astaxanthin biosynthesis in algae: a multifunctional response to stress. Photosynthesis Research 106, 155–177. https://doi.org/10.1007/s11120-010-9583-3
Liu, J., Huang, J., Sun, Z., Zhong, Y., Jiang, Y., Chen, F., 2011. Differential lipid and fatty acid profiles of photoautotrophic and heterotrophic Chlorella zofingiensis: Assessment of algal oils for biodiesel production. Bioresource Technology 102, 106–110. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.06.017
Liu, J., Sun, Z., Gerken, H., Liu, Z., Jiang, Y., Chen, F., Liu, J., Sun, Z., Gerken, H., Liu, Z., Jiang, Y., Chen, F., 2014. Chlorella zofingiensis as an alternative microalgal producer of astaxanthin: Biology and industrial potential. Marine Drugs 12, 3487–3515. https://doi.org/10.3390/md12063487
Martı́nez, M.., Sánchez, S., Jiménez, J.., El Yousfi, F., Muñoz, L., 2000. Nitrogen and phosphorus removal from urban wastewater by the microalga Scenedesmus obliquus. Bioresource Technology 73, 263–272. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(99)00121- 2
Mata, T.M., Martins, A.A., Caetano, N.S., 2010. Microalgae for biodiesel production and other applications: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 14, 217–232. https://doi.org/10.1016/j.rser.2009.07.020
Mathimani, T., Mallick, N., 2018. A comprehensive review on harvesting of microalgae for biodiesel – Key challenges and future directions. Renewable and Sustainable Energy Reviews 91, 1103–1120. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2018.04.083
Murty, V.R., Bhat, J., Muniswaran, P.K.A., 2002. Hydrolysis of oils by using immobilized lipase enzyme: A review. Biotechnology and Bioprocess Engineering 7, 57–66. https://doi.org/10.1007/BF02935881
Orosa, M., Franqueira, D., Cid, A., Abalde, J., 2005. Analysis and enhancement of astaxanthin accumulation in Haematococcus pluvialis. Bioresource Technology 96, 373–378. https://doi.org/10.1016/J.BIORTECH.2004.04.006
46
Pragya, N., Pandey, K.K., Sahoo, P.K., 2013. A review on harvesting, oil extraction and biofuels production technologies from microalgae. Renewable and Sustainable Energy Reviews 24. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.03.034
Rawat, I., Ranjith Kumar, R., Mutanda, T., Bux, F., 2011. Dual role of microalgae: Phycoremediation of domestic wastewater and biomass production for sustainable
biofuels production. Applied Energy 88, 3411–3424.
https://doi.org/10.1016/J.APENERGY.2010.11.025
Razzak, S.A., Hossain, M.M., Lucky, R.A., Bassi, A.S., de Lasa, H., 2013. Integrated CO2 capture, wastewater treatment and biofuel production by microalgae culturing—A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 27, 622–653. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2013.05.063
Reißer, W., 2007. Algae—Anatomy, Biochemistry, and Biotechnology, L. Barsanti, P. Gualtieri, CRC Press, Taylor & Francis, Boca Raton, London (2006), (320pp., USD 119.95, ISBN: 0849314674). Journal of Plant Physiology 164, 374. https://doi.org/10.1016/J.JPLPH.2006.11.001
Rizwan, M., Mujtaba, G., Memon, S.A., Lee, K., Rashid, N., 2018. Exploring the potential of microalgae for new biotechnology applications and beyond: A review. Renewable
and Sustainable Energy Reviews 92, 394–404.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.04.034
Safi, C., Zebib, B., Merah, O., Pontalier, P.-Y., Vaca-Garcia, C., 2014. Morphology, composition, production, processing and applications of Chlorella vulgaris: A review.
Renewable and Sustainable Energy Reviews 35, 265–278.
https://doi.org/10.1016/J.RSER.2014.04.007
Schenk, P.M., Thomas-Hall, S.R., Stephens, E., Marx, U.C., Mussgnug, J.H., Posten, C., Kruse, O., Hankamer, B., 2008. Second generation biofuels: High-efficiency microalgae for biodiesel production. BioEnergy Research 1, 20–43. https://doi.org/10.1007/s12155-008-9008-8
Singh, B., Guldhe, A., Rawat, I., Bux, F., 2014. Towards a sustainable approach for development of biodiesel from plant and microalgae. Renewable and Sustainable Energy Reviews 29, 216–245. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2013.08.067
microalgae. Journal of Bioscience and Bioengineering 101, 87–96. https://doi.org/10.1263/jbb.101.87
Takeda, H., 1993. Taxonomical assignment of chlorococal algae from their cell wall composition. Phytochemistry 34, 1053–1055. https://doi.org/10.1016/S0031- 9422(00)90712-X
Tan, X.B., Lam, M.K., Uemura, Y., Lim, J.W., Wong, C.Y., Lee, K.T., 2018. Cultivation of microalgae for biodiesel production: A review on upstream and downstream processing. Chinese Journal of Chemical Engineering 26, 17–30. https://doi.org/10.1016/J.CJCHE.2017.08.010
Tang, 2011. Vitamin A, Nutrition, and Health Values of Algae: Spirulina, Chlorella, and Dunaliella. Journal of Pharmacy and Nutrition Sciences 1. https://doi.org/10.6000/1927-5951.2011.01.02.04
Trainor, F.R., Cain, J.R., Shubert, L.E., 1976. Morphology and nutrition of the colonial green alga Scenedesmus: 80 years later. The Botanical Review 42, 5–25. https://doi.org/10.1007/BF02860860
Vanthoor-Koopmans, M., Wijffels, R.H., Barbosa, M.J., Eppink, M.H.M., 2013. Biorefinery of microalgae for food and fuel. Bioresource Technology 135. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.10.135
Voltolina, D., Gómez-Villa, H., Correa, G., 2005. Nitrogen removal and recycling by Scenedesmus obliquus in semicontinuous cultures using artificial wastewater and a simulated light and temperature cycle. Bioresource Technology 96, 359–362. https://doi.org/10.1016/J.BIORTECH.2004.04.004
Warabi, Y., Kusdiana, D., Saka, S., 2004. Reactivity of triglycerides and fatty acids of rapeseed oil in supercritical alcohols. Bioresource Technology 91, 283–287. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(03)00202-5
Wellburn, A.R., 1994. The Spectral Determination of Chlorophylls a and b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution. Journal of Plant Physiology 144, 307–313. https://doi.org/10.1016/S0176- 1617(11)81192-2
48
Metabolites (Natural Products) Biosynthesized? Journal of Natural Products 52, 1189– 1208. https://doi.org/10.1021/np50066a001
Yeh, K.-L., Chang, J.-S., 2012. Effects of cultivation conditions and media composition on cell growth and lipid productivity of indigenous microalga Chlorella vulgaris ESP-31. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.11.103
Zhang, J., Sun, Z., Sun, P., Chen, T., Chen, F., 2014. Microalgal carotenoids: beneficial effects and potential in human health. Food & Function 5, 413. https://doi.org/10.1039/c3fo60607d
Zhu, S., Wang, Y., Shang, C., Wang, Z., Xu, J., Yuan, Z., 2015. Characterization of lipid and fatty acids composition of Chlorella zofingiensis in response to nitrogen starvation.
Journal of Bioscience and Bioengineering 120, 205–209.
https://doi.org/10.1016/J.JBIOSC.2014.12.018
Zhu, X.-G., Long, S.P., Ort, D.R., 2008. What is the maximum efficiency with which photosynthesis can convert solar energy into biomass? Current Opinion in Biotechnology 19, 153–159. https://doi.org/10.1016/J.COPBIO.2008.02.004