Produtividade volumétrica de células

Na Tabela 28 estão apresentados os resultados da análise de variância da produtividade em células (Px) e nas Tabelas 29 e 30 estão apresentadas as médias do Px nas variáveis independentes fontes de nitrogênio e intensidades luminosas, respectivamente.

Tabela 28 - Análise de variância para a produtividade em células efeitos _quadrados Soma dos Número de grau de

liberdade

Media dos

quadrados Teste F significância Nível de Fonte de CO2 315 1 315 1,37 0,256 Fonte de Nitrogênio 1 1 1 0,00 0,947 Intensidade luminosa 116579 2 58289 253,72 0,000 Resíduos 4365 19 230 total 121260 23

Avaliando-se os parâmetros produtividades em células pela análise de variância (Tabela 28), pode-se notar que a fonte de CO2 (p=0,256) e a de nitrogênio (p=0,947) não interferiram nas produtividades em celulares. Portanto, a intensidade luminosa mostrou ser estatisticamente significante no valor de Px (p=0,000).

Tabela 29 - Médias das produtividades em células para a variável independente fonte de nitrogênio

Fonte de nitrogênio Px médio (mg.L-1 _d-1_)*

Nitrato 404 ± 74ª

Uréia 405 ± 75ª

*Médias com letras iguais não diferem entre si estatisticamente, considerando um intervalo de confiança de 95%.

Como se pode observar na Tabela 29, os valores médios de Px para as diferentes fontes de nitrogênio estudadas não diferiram estatisticamente. Do mesmo modo como ocorreu com o parâmetro Xm, os valores de Px nos cultivos com uréia e nitrato foram semelhantes, para cada intensidade luminosa. Isso já era esperado, uma vez que a adição de uréia nos cultivos, para cada intensidade luminosa, foram baseadas em seus respectivos cultivos com nitrato. Spirulina platensis cultivadas em minitanques com 2,57 mg L-1 _{de KNO}

3 ou 500 mg L-1 de uréia obtiveram valores de Px semelhantes para as intensidades luminosas estudadas, 1,4 klux (16,8 mol de fótons m-2 s-1) ou 5,6 klux (67,2 mol de fótons m-2 s-1) (RANGEL-YAGUI et al. 2004). Tabela 30 - Médias das produtividades em células para a variável independente intensidade luminosa Intensidade luminosa (mol de fótons m-2 s-1) Px médio (mg.L-1_)* 60 306±7a 120 443±19b 240 463±16b

*Médias com letras iguais não diferem entre si estatisticamente, considerando um intervalo de confiança de 95%.

Os maiores valores de produtividade em células foram encontrados nas maiores intensidades luminosas obtendo valores médios de 443 ± 19 mg L-1 d-1 a 1β0 mol de fótons m-2 _s-1_{, e 463 ± 16 mg L}-1 _d-1 _{a β40 mol de fótons m}-2 _s-1 independente da fonte de nitrogênio utilizada (Tabela 30). Durante a fotossíntese, as células podem utilizar somente uma soma limitada de energia luminosa por vez. Este fenômeno de saturação luminosa é provavelmente resultado de um mecanismo interno onde as células podem realizar a fotossíntese usando somente uma

determinada quantidade de luz (CARLOZZI, 2003). Isso significa que, durante a saturação luminosa, um aumento da intensidade luminosa não permitirá um aumento da concentração celular e nem reduzirá o tempo de cultivo, mantendo próximos os valores de produtividades de células nesse intervalo de saturação luminosa.

Na menor intensidade luminosa (60 mol de fótons m-2 s-1), o valor de Px foi menor em relação às outras intensidades luminosas, obtendo valor médio de 306 ± 7 mg L-1 d-1. Do mesmo modo como observado nas outras intensidades luminosas, as fontes de nitrogênio estudadas não influenciaram na produtividade celular. Essa diferença nos valores de Px entre as intensidades luminosas foi devido a um maior tempo de cultivo nos experimentos submetidos à intensidade luminosa de 60 mol de fótons m-2 s-1. A produtividade é uma razão inversa do tempo de cultivo, logo, quanto maior a intensidade luminosa, mais rápida as células atingem a concentração celular máxima e, consequentemente, maior será a produtividade celular diária. Quanto maior a intensidade luminosa, maior é a quantidade de fótons emitidos e, estes podem ser absorvidos pelas células, isto é, maior é a quantidade de energia luminosa que será convertido em energia química, que por sua vez, as células utilizam essa energia química para a manutenção e o crescimento celular. Esse efeito também foi observado por Danesi et al., (2004) Rangel-Yagui et al. (2004) em cultivos de S. platensis em minitanques utilizando KNO3 ou uréia como fontes de nitrogênio.

O maior valor da produtividade encontrada nesse trabalho foi próximo a 510 mg L-1 _d-1 _{obtido por Watanabe e Hall (1996) investigando o crescimento da S. platensis} em fotobiorreator helicoidal cônico, sob ciclos 12h/12h (claro/escuro) e uma média de fluxo de fótons de 546 mol de fótons m-2 s-1. Watanabe et al. (1995) em processo descontínuo, utilizando a S. platensis cultivada em fotobiorreator tubular helicoidal cônico utilizando luz artificial (118 mol de fótons m-2 s-1) também obtiveram uma produtividade volumétrica diária de 0,51 g L-1d-1. Foram usados dois sistemas (airlift e bomba) para reciclar a cultura. Com o sistema airlift, os autores encontraram a maior concentração da biomassa de 1,6 g. L-1 após 5 dias de crescimento da S. platensis e uma menor concentração da biomassa quando utilizado o sistema de bomba. No fotobiorreator tubular helicoidal cônico quando cultivado em ambiente externo a produtividade foi de 900 mg L-1 d-1 (TREDICI;

ZITTELLI, 1998). Travieso et al., (2001) encontrou uma produtividade máxima de 0,40 g L−1 d−1 em fotobiorreator tubular helicoidal operado de modo semicontínuo.

No presente trabalho, os maiores valores da produtividade em células encontradas, foram maiores do que a relatada por Richmond (1990) em reatores tubulares em ambiente externo que foi de 370 mg L-1 d-1 e Morais e Costa (2007b) que obteve Xmax de 0,22 g L−1 d−1, no cultivo de Spirulina sp. na presença de 6% de dióxido de carbono em fotobiorreator tubular com três estágios em série. Por outro lado, autores como Carlozzi e Pinzani (2005) conseguiram uma produtividade em células máxima de 1,82 g L-1 d−1 utilizando o processo descontínuo em ambiente externo. Lee (2001) relata que dependendo da configuração de fotobiorreator tubular fechado e de placas retangulares, a produtividade volumétrica foi de 0,25 a 3,64 g L-1 d-1 utilizando o processo descontínuo alimentado.

Travieso et al. (2001) relataram uma produtividade máxima de 0,4 g L-1 d-1,em processo semicontínuo de Spirulina utilizandouma diluição de 1:5 e taxa de diluição de 0,0078 h−1. Esses autores utilizaram o fotobiorreator patenteado „„Biocoil‟‟ da Biotechna Grasser, UK (European patent EPO239272, March 6, 1987).

Vernerey et al. (2001) utilizando uma nova configuração de fotobioretator para o aumento da escala (72 litros) na produção de S. platensis conseguiram uma produtividade de 1,38 g L-1 _d-1 _{com intensidade luminosa de 300 W m}-2 _{e pH} controlado a 9,5 pela adição de CO2.

Cultivos de Arthrospira platensis em fotobiorreator tubular outdoor no período de março a setembro de 2002 na República Checa, com a maioria dos dias ensolarados, a irradiância do ambiente máxima foi entre 1,5 and 1,8 mmol de fótons m−β s−1. Nessas condições, a produtividade máxima atingida foi de 0,5 g L−1 d−1 correspondendo a um rendimento de área (baseada na área superficial) de aproximadamente 32,5 g m−β d−1 na qual é um valor relativamente alto se considerar que foi obtida no mês de setembro. A concentração celular ótima da cultura foi obtida em um intervalo de 1 a 2 g. L-1 demostrando que a faixa da concentração celular ótima, no cultivo de Spirulina, não é muito restrita (MASOJIDEK et al., 2003).