Otimização do cultivo de Haematococcus pluvialis para maior produtividade em biomassa e biomoléculas - MORAES, Laenne Barbara Silva de (2023)
A microalga Haematococcus pluvialis tem como bioproduto de maior valor econômico a astaxantina, além de ser capaz de produzir outros metabólitos de alto valor, como proteínas, lipídios, ácidos graxos e carboidratos. O presente estudo propõe modificações nas fontes e estratégias de alimentação de nitrogênio e carbono orgânico, bem como a utilização de efluente como meio de cultura, a fim de aumentar a produção de biomassa e de metabólitos de alto valor da H. pluvialis, associando ao aproveitamento do efluente da produção de tilápia em um modelo de economia circular. A primeira parte do estudo propõe uma mudança no modo de fornecimento de nitrogênio, através da estratégia de alimentação por pulsos, e o uso de diferentes fontes de nitrogênio (i.e., NaNO3, NH4NO3 e (NH2)2CO) para aumentar a produção de biomassa de H. pluvialis, carotenoides totais e astaxantina. Na segunda parte, utilizou-se diferentes fontes de carbono orgânico (i.e., acetato de sódio, melaço e glicerol) e estratégias de alimentação (i.e., sem pulsos-WPF e com pulsos-PF) a fim de aumentar a produção de biomassa e metabólitos de alto valor de H. pluvialis. Na terceira parte foi proposto um sistema integrado para o tratamento simultâneo de efluente do cultivo de tilápia do Nilo e produção de astaxantina utilizando a microalga H. pluvialis. Os cultivos foram realizados em escala laboratorial, sendo avaliadas as variáveis de crescimento. Logo, as biomassas foram processadas, através de centrifugação e liofilização, para realização de análises quantitativas e qualitativas dos metabólitos. Os resultados das variáveis de crescimento obtidos na primeira parte do estudo apresentaram diferenças significativa para densidade celular máxima, sendo maiores para NaNO3-PF (176 x 104 células mL-1) e (NH2)2CO-PF (165 x 104 células mL-1). O rendimento e a produtividade de biomassa nas fases vegetativa e cística foram maiores para cultivos com pulsos. Por outro lado, os teores e concentrações de carotenoides totais e astaxantina foram maiores em NH4NO3-WPF (teor de astaxantina ~ 23 mg g-1), sendo influenciados pela depleção de nitrogênio e variação de pH. Quanto ao efeito das fontes e estratégias de alimentação de carbono orgânico no rendimento em biomassa, foram obtidos maiores valores com glicerol-WPF (1,275 g L-1) e acetato-PF (1,264 g L-1). A composição da biomassa em termos de proteínas e lipídios apresentou influência tanto da fonte quanto da estratégia de alimentação de carbono orgânico. Os tratamentos melaço-WPF e glicerol-PF apresentaram maiores concentrações de ácidos graxos e PUFA, em média 5,5 e 2,5% do peso seco (P.S.), respectivamente. Em relação aos níveis de carotenoides, a astaxantina apresentou maior concentração sob glicerol-WPF e melaço-PF, em torno de 315 mg L-1 (6% P.S.). Além dos metabólitos já conhecidos em H. pluvialis, foi reportada pela primeira vez a enzima L-asparaginase, com atividade máxima de 256 ± 24 IU mg-1 de biomassa seca. Por outro lado, a utilização do efluente como meio de cultura em sistema integrado, apesar de apresentar menor densidade celular e rendimento de biomassa, resultou em biomassa com alto teor de astaxantina (10 mg g-1) e atividade antioxidante (89% de inibição dos radicais DPPH). Além disso, esse sistema integrado contribuiu significativamente para a remediação do efluente (remoção de 98% de N e 91% de P). Diante disso, pode-se concluir que modificações nas fontes e estratégias de alimentação de nitrogênio e carbono orgânico incrementam a produção de biomassa e metabólitos de alto valor de H. pluvialis. Adicionalmente, H. pluvialis pode ser usada para tratamento econômico de efluentes de aquicultura com produção simultânea de astaxantina, com potencial aplicação em aquafeed ou outros setores industriais, como um exemplo de economia circular.