Produção de macromoléculas no cultivo de Spirulina e Chlorella com CO2, cinzas e redução da fonte de nitrogênio
Autor: Vagner da Silva Braga (Currículo Lattes)
Resumo
As mudanças climáticas têm estimulado a busca por alternativas para minimizar os problemas ambientais causados pelo CO2, principal gás do efeito estufa. Nesse sentido, micro-organismos fotossintetizantes como as microalgas se destacam, pois possuem capacidade de utilizar diretamente CO2 para produzir biomoléculas. Além disso, cinzas provenientes da queima do carvão mineral podem ser utilizadas em cultivo microalgal, uma vez que contêm micronutrientes essenciais para o crescimento celular. A adição de CO2, cinzas bem como a redução da fonte de nitrogênio podem alterar a composição da biomassa microalgal e incrementar o acúmulo de compostos de reserva como lipídios, carboidratos e PHB em relação ao conteúdo proteico. Desta forma, o objetivo deste estudo foi estimular a produção de biomoléculas a partir das microalgas Spirulina sp. LEB 18 e Chlorella fusca LEB 111 cultivadas com redução da fonte de nitrogênio e diferentes concentrações e fontes de carbono bem como cinzas oriundas da indústria termelétrica. O trabalho foi dividido em três partes; a primeira e segunda etapas foram realizadas com Spirulina e a terceira com Chlorella fusca utilizando 10 e 50% da concentração de NaNO3 do meio de cultivo, respectivamente. Primeiramente foram testados os tempos de injeção de 1 e 5 min e as vazões de 0,05 e 0,3 vvm (mLmistura. mLmeio-1 . min-1 ) de CO2 a cada 40 min na fase clara do fotoperíodo. Para a segunda etapa foi selecionada a vazão de 0,3 vvm de CO2 injetada a cada 20 min por 1 e 5 min. Nesta etapa foram testadas as concentrações de 0, 120 e 160 ppm de cinzas para verificar o seu potencial para substituir parcialmente os micronutrientes do meio de cultivo. Por fim, o tempo de injeção de 5 min, a vazão de 0,3 vvm injetados a cada 20 min e a adição de 0, 40 e 120 ppm de cinzas foram estudadas para a microalga Chlorella fusca. Ambos experimentos foram conduzidos em biorreatores tubulares, durante 15 d em câmara termostatizada a 30C com iluminância de 41,6 µmolfótons m-2 s -1 e fotoperíodo 12 h claro/escuro. Os parâmetros cinéticos de crescimento, taxa de biofixação de CO2, concentração de carbono inorgânico dissolvido e de nitrogênio foram avaliados ao longo dos ensaios, enquanto que a composição da biomassa (carboidratos, proteínas, lipídios e biopolímero) foram determinadas após o término do cultivo. A utilização de 8,4 g L-1 de NaHCO3 e a adição de 0,3 vvm de CO2 por 5 min para o cultivo de Spirulina proporcionaram a síntese de até 59,1% de carboidratos com produção teórica de bioetanol de 43,1%. Os ensaios com 120 ppm de cinzas apresentaram os melhores parâmetros cinéticos e taxa de biofixação de CO2, independentemente do tempo de injeção de CO2, enquanto que os experimentos com 120 e 160 ppm de cinzas e injeção de CO2 por 1 min apresentaram 63,3 e 61,0% de carboidratos e 46,2 e 44,6 mL de etanol teórico por 100 g de biomassa, respectivamente. Nos cultivos de Chlorella fusca com CO2 e 40 ppm de cinzas foram encontradas as maiores velocidades específicas de crescimento e os menores tempos de geração, sendo estatisticamente (p<0,05) superiores àqueles sem o gás e as cinzas. Neste estudo, observou-se ainda que a redução de 50% da fonte de nitrogênio é uma estratégia para acumular até 35,2% de carboidratos que resulta em 25,5 mL de produção teórica de bioetanol para cada 100g de biomassa. Portanto, a utilização de CO2, cinzas e redução da fonte de nitrogênio representam uma estratégia para minimizar os custos com fontes de nutrientes para o cultivo das microalgas, além da minimização dos problemas ambientais causados por esses efluentes. A utilização destes nutrientes nas condições estudadas permitem o acúmulo de carboidratos que podem ser fermentados para produção de bioetanol.