Aplicação de diferentes métodos de secagem e avaliação do perfil dos ácidos graxos presentes na biomassa de microalgas

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Tecnológica

Autores

Fornasier, F. (UNISC) ; Souza, M.P. (UNISC) ; Schneider, R.C.S. (UNISC) ; Benitez, L.B. (UNISC) ; Hoeltz, M. (UNISC)

Resumo

A separação de microalgas ainda é um desafio, uma vez que apresentam baixas densidades e são encontradas em suspensão no meio de cultura. A secagem é uma etapa importante do processo de obtenção da biomassa e pode influenciar na qualidade do produto final. O presente trabalho teve como objetivo avaliar diferentes métodos de secagem, por estufa, liofilização e spray dryer, e verificar a qualidade da biomassa microalgal em relação ao perfil de ácidos graxos. A composição de ácidos graxos foi determinada por Espectrometria de Massa de Cromatografia de Gás (Shimadzu / QP2010plus). Os resultados indicaram que os três métodos de secagem aplicados foram satisfatórios e não apresentaram diferença quanto a composição lipídica.

Palavras chaves

MICROALGAS; SECAGEM; ÁCIDOS GRAXOS

Introdução

As microalgas são micro-organismos que se adaptam facilmente com as condições ambientais, pois sua estrutura celular é consideravelmente simples. Devido a sua elevada taxa de crescimento, possuem também uma alta produtividade de lipídios, uma vez que seus metabólitos são alterados para a acumulação natural de triacilgliceróis [1]. Quando os fatores químicos e físicos do meio de cultura são alterados, possuem a capacidade de produzir lipídios específicos [2-6]. Através da fotossíntese e de fontes de carbono como o CO₂, é possível sintetizar diferentes ácidos graxos. Dentre os principais ácidos graxos presentes na biomassa de microalgas estão o ácido oleico e o linoleico [7-9]. Para se obter a biomassa, é necessário separá-la, e em seguida realizar a secagem [9]. Assim, para a obtenção dos lipídios, a secagem é uma etapa importante do processo. Embora possa consumir elevadas quantidades de energia, proporciona uma melhor extração dos lipídios na etapa seguinte [10]. Diversos métodos de secagem podem ser encontrados na literatura, como por exemplo, liofilização, secagem em tambor, estufa e spray dryer [11-13]. A escolha destes deve ser bastante estudada uma vez que o uso de temperaturas maiores que 50 °C podem degradar componentes celulares importantes das microalgas. Isso ocorre, por exemplo com a secagem por estufa, que por utilizar aquecimento por maior tempo, pode modificar as propriedades físicas e químicas da célula, principalmente a capacidade de reter lipídio, o que interfere na qualidade do produto final. Já o método de secagem por liofilização garante maior estabilidade quando relacionado aos lipídios produzidos, mas também pode romper as células e desestabilizar os lipídios durante o congelamento. [14, 15]

Material e métodos

A espécie de microalga Chlorella vulgaris, foi cultivada em fotobiorreatores do tipo coluna de bolhas. Dois cultivos foram realizados, por um período de 12 dias cada, sendo controlados, temperatura (25 °C), iluminação (lâmpadas de 32W), aporte de CO₂ e meio de crescimento. Inicialmente a microalga se desenvolveu em um meio contendo 3 g L^-1 de N:P:K e após o meio foi alimentado com 6 g L ^-1 de N:P:K. O crescimento da microalga foi acompanhada através da contagem de células por câmara de Newbauer e a partir da densidade celular determinada por espectrofotometria a 682 nm. A secagem por spray dryer foi realizada com fluxo de N₂, as temperaturas de entrada utilizadas foram de 110 °C e 170 °C. Para a secagem por estufa e liofilização, a biomassa foi separada previamente por centrifugação. A biomassa úmida foi disposta em placas de petry e secas a uma temperatura de 50 °C por 24 horas (estufa) e á – 50 °C, sob vácuo de 1x10^-6 mBAR, por 20 horas (liofilização). Todas as secagens das biomassas foram realizadas a partir de 1 L de inóculo. As extrações lipídicas das biomassas secas foram realizadas através do método descrito por Bligh e Dyer. A análise quantitativa dos lipídios extraídos, foi realizada por cromatografia gasosa com detecção por espectrometria de massas (CG-MS) em um equipamento Shimadzu ® QP 2010 Plus equipado com Injetor Automático AOC 20i, sendo as amostras separadas em uma coluna capilar Zbwax (30 m x 0,25 mm x 0,25 µm). O gás hélio foi utilizado como gás de arraste e a sua taxa de fluxo foi de 1 mL min^-1. A programação de temperatura do forno foi 70°C até 250 °C, totalizando 49,5 minutos de análise. Temperatura do detector 300 °C, operado no modo “split” 1:10 e volume de injeção de 1 μL.

Resultado e discussão

A máxima densidade celular obtida no inóculo alimentado com 3 g L ^-1 de N:P:K foi de 1,22×10⁷ cel/mL. Ao alterar a concentração de N:P:K para 6 g L^-1, foi possível obter a concentração máxima de células de 1,63×10⁷ cel/mL. Baierle, et al. [16], ao cultivar a espécie Desmodesmus subspicatus, observaram que em 7 dias de cultivo, foi possível obter maior densidade celular (1,84×10⁷ cel/mL), quando comparado com a espécie Chorella vulgaris. O conteúdo lipídico das amostras, foi caracterizado por GC-MS. A tabela apresenta os resultados obtidos. Para a espécie Chlorella, é comum encontrar ésteres metílicos que contenham de 14 a 18 carbonos na cadeia, dentre eles os ácidos palmítico, oleico e o linoleico [7-9]. Outra espécie de microalga, T. suecica, também possui em sua composição ésteres metílicos similares ao da espécie Chlorella [17]. Observa-se que o éster metílico do ácido palmítico (C16:0), saturado, predomina nas amostras, ocorrendo o mesmo em espécies como Spirulina e Nannochloropsis [18]. Outros ésteres metílicos saturados, podem ser encontrados nas amostras como o ácido mirístico (C14:0) e o ácido esteárico (C18:0), assim como os ésteres insaturados oleico (C18:1), linoleico (C18:2) e linolênico (C18:3) [19, 20]. Nas análises cromatográficas, o total de ésteres metílicos insaturados em todas as amostras foi maior que o teor de saturados, não observando-se uma diferença devido a processos de secagem, a não ser para uma amostra seca em estufa na qual o teor de ácidos graxos insaturados foi menor. Quando se emprega o spray dryer, pelo aquecimento ser em curto espaço de tempo, não leva a degradação das insaturações de forma visível, assim como para os demais métodos de secagem avaliados.

Tabela com Perfil de Ésteres Metílicos dos Ácidos Graxos, obtidos a partir da análise cromatográfica dos lipídios extraídos da biomassa de microalgas.

Conclusões

A predominância dos mesmos ácidos graxos foi encontrada em todas as amostras. A técnica de secagem por liofilização mostrou-se eficiente na conservação dos ácidos graxos, principalmente para o linolênico (C18:3). Já para as técnicas de secagem por estufa e spray dryer, os ácidos graxos palmítico (C16:0) e linoleico (C18:2), foram predominantes. Os métodos de secagem mostraram-se adequados, no entanto, o método de secagem spray dryer pode evitar etapas anteriores de centrifugação. Porém é necessário considerar que elementos do meio de cultura podem ser concentrados junto à biomassa.

Agradecimentos

Os autores agradecem a Fapergs, pelo apoio financeiro, à UNISC e ao Centro de Excelência em Produtos e Processos Oleoquimicos e Biotecnológicos do Parque Científico e

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