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Evaluation of Dunaliella salina growth and corresponding β-carotene production in tubular photobioreactor (2018)

  • Authors:
  • Autor USP: GOMES, ELEANE DE ALMEIDA CEZARE - FCF
  • Unidade: FCF
  • Sigla do Departamento: FBT
  • Subjects: TECNOLOGIA DA FERMENTAÇÃO; CAROTENOIDES; CROMATOGRAFIA
  • Agências de fomento:
  • Language: Inglês
  • Abstract: As microalgas, micro-organismos fotossintetizantes, são ricas em lipídios, ácidos graxos poli-insaturados, carboidratos, proteínas, vitaminas, além de carotenoides que são antioxidantes com potencial de proteger o organismo humano de várias doenças incluindo a obesidade, doenças cardiovasculares, doenças relacionadas à visão como a degeneração macular e certos tipos de câncer, entre outras. Esses pigmentos naturais têm aplicações em indústrias farmacêuticas (nutracêuticos), alimentícias (colorantes, alimentos funcionais e suplementos) e de cosméticos (exemplo: filtro solar) e na aquacultura (ração animal). A microalga <i>Dunaliella salina</i> é capaz de sintetizar, sob alta intensidade luminosa e limitação de nutrientes como fontes de fósforo e nitrogênio, dentre outras condições de estresse, 10 % do peso seco em &#946;-caroteno (pigmento laranja com atividade pró-vitamina A). Assim, neste trabalho, numa primeira etapa, foi feita uma revisão da literatura abordando a produção de carotenoides por microalgas, bem como sua aplicação. Nesse levantamento bibliográfico abordou-se, dentre outros assuntos, as vantagens do cultivo de microalgas em relação as fontes tradicionais (plantas superiores), assim como uma discussão dos diferentes sistemas de cultivos e sua importância no crescimento celular. Esse review apresentou uma análise crítica dos principais regimes operacionais como batch, fed-batch, semicontínuo e contínuo. Apresentou-se também informações relevantes sobre os mais importantes produtores mundiais de carotenoides de microalgas. Numa segunda etapa, foi desenvolvido um método modificado de microextração líquido-líquido dispersivo modificado (DLLME) para a rápida extração de &#946;-caroteno de <i>Dunaliella salina</i> cultivada em fotobiorreatores tubulares, com subsequente desenvolvimento de método cromatográfico em uma coluna C4 para a separação doisômero geométrico de &#946;-caroteno. A extração ótima de &#946;-caroteno foi obtida com benzeno como solvente extrator e água com 50% de acetona como dispersante. Empregando uma fase móvel composta por metanol e água (95:5, v/v) em HPLC, foi possível a detecção/quantificação de &#946;-caroteno com 14 minutos de tempo de retenção. Além dos tempos curtos de análises (<20 min), pela extração em volume reduzido (< 10 mL resíduos orgânicos) este método obedece aos princípios da química verde. Sabe-se que nitrogênio, fósforo, assim como carbono e vitaminas são elementos vitais para o crescimento das microalgas e também exercem influência na composição bioquímica da biomassa. Assim, na terceira etapa deste trabalho, estudou-se a influência das quantidades de nitrato de sódio (75 mg L<SUP>-1</SUP>, denominado 1N; 112,5 mg L<SUP>-1</SUP>, denominado 1,5N; 225 mg L<sup>-1</sup>, denominado 3N) e de fosfato monobásico dihidratado (5,65 mg L<SUP>-1</SUP>, denominado 1P; 8,47 mg L<SUP>-1</SUP>, denominado 1,5P; 16,95 mg L<SUP>-1</SUP>, denominado 3P) em meio f/2, que tem como base a água do mar, no crescimento e na síntese de &#946;-caroteno da <i>Dunaliella salina</i> por processo semicontínuo, com uso de frações de corte (R) de 20% e 80%. Foram obtidas produtividades celulares mais elevadas em processos semicontínuos do que em processo descontínuo, com produtividades médias de até 6,7 x 104 células mL<SUP>-1</SUP> d-1 (meio 1N:1P; R =20%). A máxima concentração celular (Xm) obtida neste trabalho não foi dependente de R. Os melhores resultados de Xm foram obtidos quando se usou meio 1,5N:1,5P em vez de meio, com 1N:1P, com valores médios de até 5,6 x 105 células m L<sup>-1</sup> (R =80%). O conteúdo de &#946;-caroteno nas células, de maneira geral, foi maior nas células cultivadas em meio 1N:1P do que no meio 1,5N:1,5P, com valores até57,5 mg g<sup>-1</sup> (R =80%). O cultivo de <i>D. salina</i> com o meio 3N:3P levou a uma longa fase lag, seguida por uma diminuição na concentração celular e sua lise. O cultivo de células em um fotobiorreator tubular contribuiu para um crescimento celular sem contaminação por protozoários. O cultivo de <i>Dunaliella salina</i> em fotobiorreator tubular com o uso de fotoperíodo 12:12 foi apropriado, assim como induzir a carotenogênese, no segundo estágio, por meio do aumento da intensidade luminosa e ausência de controle de pH.
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 10.12.2018
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    • ABNT

      GOMES, Eleane de Almeida Cezare; CARVALHO, João Carlos Monteiro de; SINGH, Anil Kumar. Evaluation of Dunaliella salina growth and corresponding β-carotene production in tubular photobioreactor. 2018.Universidade de São Paulo, São Paulo, 2018. Disponível em: < http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/9/9134/tde-06022019-101558/ >.
    • APA

      Gomes, E. de A. C., Carvalho, J. C. M. de, & Singh, A. K. (2018). Evaluation of Dunaliella salina growth and corresponding β-carotene production in tubular photobioreactor. Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/9/9134/tde-06022019-101558/
    • NLM

      Gomes E de AC, Carvalho JCM de, Singh AK. Evaluation of Dunaliella salina growth and corresponding β-carotene production in tubular photobioreactor [Internet]. 2018 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/9/9134/tde-06022019-101558/
    • Vancouver

      Gomes E de AC, Carvalho JCM de, Singh AK. Evaluation of Dunaliella salina growth and corresponding β-carotene production in tubular photobioreactor [Internet]. 2018 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/9/9134/tde-06022019-101558/


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