A aplicabilidade do processo de produção de microrganismos fotossintetizantes depende da obtenção de altas concentrações de biomassa e para isso seria interessante o emprego de fotobiorreatores tubulares. Eles permitem redução da área de cultivo e menor perda de CO2 e nitrogênio amoniacal por volatilização. Em uma primeira etapa deste trabalho, Arthrospira platensis foi cultivada por processo contínuo, avaliando-se diferentes valores de vazão específica de alimentação (D = 0,2 a 1,0 dia-1) e diferentes intensidades luminosas (I = 60 e 120 µmol fótons.m-2.s-1). Verificou-se que 120 µmol fótons.m-2.s-1 associada a D igual a 0,2 dia-1 resultou em maior valor de concentração celular em regime permanente (XP = 2446 ± 74 mg.L-1.d-1), mas o mesmo I associado a maior valor de D (0,6 dia-1) levou ao melhor valor de produtividade em células (PX = 938,73 mg.L-1.d-1). Foi possível a obtenção do regime permanente em quase todos os ensaios, o que indica que o cultivo contínuo de A. platensis em fotobiorreator tubular, usando uréia como fonte de nitrogênio, pode levar a resultados satisfatórios. Considerando a preocupação em relação à substituição de combustíveis fósseis por biocombustíveis, é iminente o crescente aumento da produção de etanol ainda nos próximos anos, e esse trabalho propõe o uso do CO2 liberado pela fermentação alcoólica na produção de microrganismos fotossintetizantes como A. platensis. Para isso, em uma segunda etapa, A. platensis foi cultivada por processo contínuo, com I igual a 120 µmol fótons.m-2.s-1, empregando uréia e CO2 proveniente de fermentação alcoólica para manutenção de pH e reposição da fonte de carbono. O uso desse CO2, sem tratamento prévio, associado a D igual a 0,6 dia-1 e concentração de uréia de 3,2 mM no meio de alimentação, permitiu a obtenção de PX igual a 839 ± 25 mg.L-1.d-1, o que está próximo de 938 ± 30mg.L-1.d-1, obtido com CO2 puro de cilindro. Estes resultados mostram que o uso de CO2 de fermentação alcoólica, associado a uréia, é adequado para cultivo contínuo de biomassa fotossintetizante de potencial interesse na área farmacêutica, alimentícia e de cosméticos, promovendo não só a redução no custo de produção mas também outros benefícios relacionados a questões ambientais e sociais. / Appropriately designed tubular photobioreactors seem to be suitable for photosynthetic biomass production. It can reduce the cultivation area and provide lower loss of CO2 and ammoniacal nitrogen by volatilization. In a first step of this study, Arthrospira platensis was cultivated by continuous process, testing different values of dilution rate (D = 0.2 to 1.0 d-1) and light intensities (I = 60 and 120 µmol photons.m-2.s-1). The results of these runs showed that the maximum steady-state cell concentration (XS = 2446 ± 74 mg.L-1.d-1) was achieved at 120 µmol photons.m-2.s-1 and D of 0.2 d-1, but the same light intensity associated to higher dilution rate (0.6 d-1) provided the highest cell productivity (PX = 938 ± 30 mg.L-1.d-1), a value appreciably higher than that reported in other studies. Besides, steady-state conditions were achieved in most of the runs indicating that A. platensis continuous cultivation in the tubular photobioreactor, using urea as nitrogen source, can be performed effectively, thus appearing an interesting alternative for the large scale fixation of carbon dioxide to mitigate the green house effect. Taking into account the concern about the substitution of fossil fuel with biofuels, its evident that the ethanol production is going to increase even more in the next years, and this study propose the use of the CO2 released by the alcoholic fermentation for the production of photosynthetic microorganism such as A. platensis. For this purpose, in a second step, cultivations of A. platensis were carried out with 120 µmol photons.m-2.s-1 by continuous process, using urea and CO2 from Alcoholic fermentation for pH maintenance and carbon source replacement. The use of this CO2, without any treatment, associated with a D of 0.6 d-1 and feed urea concentration of 3.2 mM provide us a PX of 839 ± 25 mg.L-1.d-1, which is slightly lower than 938 ±30 mg.L-1.d-1, obtained with pure CO2 from cylinder. Our results showed that the use of CO2 from alcoholic fermentation, associated with urea, is suitable for the continuous cultivation cyanobacterial biomass, providing not only the production cost reduction but also other benefits related to environmental and social issues.

A aplicabilidade do processo de produção de microrganismos fotossintetizantes depende da obtenção de altas concentrações de biomassa e para isso seria interessante o emprego de fotobiorreatores tubulares. Eles permitem redução da área de cultivo e menor perda de CO2 e nitrogênio amoniacal por volatilização. Em uma primeira etapa deste trabalho, Arthrospira platensis foi cultivada por processo contínuo, avaliando-se diferentes valores de vazão específica de alimentação (D = 0,2 a 1,0 dia-1) e diferentes intensidades luminosas (I = 60 e 120 µmol fótons.m-2.s-1). Verificou-se que 120 µmol fótons.m-2.s-1 associada a D igual a 0,2 dia-1 resultou em maior valor de concentração celular em regime permanente (XP = 2446 ± 74 mg.L-1.d-1), mas o mesmo I associado a maior valor de D (0,6 dia-1) levou ao melhor valor de produtividade em células (PX = 938,73 mg.L-1.d-1). Foi possível a obtenção do regime permanente em quase todos os ensaios, o que indica que o cultivo contínuo de A. platensis em fotobiorreator tubular, usando uréia como fonte de nitrogênio, pode levar a resultados satisfatórios. Considerando a preocupação em relação à substituição de combustíveis fósseis por biocombustíveis, é iminente o crescente aumento da produção de etanol ainda nos próximos anos, e esse trabalho propõe o uso do CO2 liberado pela fermentação alcoólica na produção de microrganismos fotossintetizantes como A. platensis. Para isso, em uma segunda etapa, A. platensis foi cultivada por processo contínuo, com I igual a 120 µmol fótons.m-2.s-1, empregando uréia e CO2 proveniente de fermentação alcoólica para manutenção de pH e reposição da fonte de carbono. O uso desse CO2, sem tratamento prévio, associado a D igual a 0,6 dia-1 e concentração de uréia de 3,2 mM no meio de alimentação, permitiu a obtenção de PX igual a 839 ± 25 mg.L-1.d-1, o que está próximo de 938 ± 30mg.L-1.d-1, obtido com CO2 puro de cilindro. Estes resultados mostram que o uso de CO2 de fermentação alcoólica, associado a uréia, é adequado para cultivo contínuo de biomassa fotossintetizante de potencial interesse na área farmacêutica, alimentícia e de cosméticos, promovendo não só a redução no custo de produção mas também outros benefícios relacionados a questões ambientais e sociais. / Appropriately designed tubular photobioreactors seem to be suitable for photosynthetic biomass production. It can reduce the cultivation area and provide lower loss of CO2 and ammoniacal nitrogen by volatilization. In a first step of this study, Arthrospira platensis was cultivated by continuous process, testing different values of dilution rate (D = 0.2 to 1.0 d-1) and light intensities (I = 60 and 120 µmol photons.m-2.s-1). The results of these runs showed that the maximum steady-state cell concentration (XS = 2446 ± 74 mg.L-1.d-1) was achieved at 120 µmol photons.m-2.s-1 and D of 0.2 d-1, but the same light intensity associated to higher dilution rate (0.6 d-1) provided the highest cell productivity (PX = 938 ± 30 mg.L-1.d-1), a value appreciably higher than that reported in other studies. Besides, steady-state conditions were achieved in most of the runs indicating that A. platensis continuous cultivation in the tubular photobioreactor, using urea as nitrogen source, can be performed effectively, thus appearing an interesting alternative for the large scale fixation of carbon dioxide to mitigate the green house effect. Taking into account the concern about the substitution of fossil fuel with biofuels, its evident that the ethanol production is going to increase even more in the next years, and this study propose the use of the CO2 released by the alcoholic fermentation for the production of photosynthetic microorganism such as A. platensis. For this purpose, in a second step, cultivations of A. platensis were carried out with 120 µmol photons.m-2.s-1 by continuous process, using urea and CO2 from Alcoholic fermentation for pH maintenance and carbon source replacement. The use of this CO2, without any treatment, associated with a D of 0.6 d-1 and feed urea concentration of 3.2 mM provide us a PX of 839 ± 25 mg.L-1.d-1, which is slightly lower than 938 ±30 mg.L-1.d-1, obtained with pure CO2 from cylinder. Our results showed that the use of CO2 from alcoholic fermentation, associated with urea, is suitable for the continuous cultivation cyanobacterial biomass, providing not only the production cost reduction but also other benefits related to environmental and social issues.

O cultivo dos micro-organismos fotossintetizantes depende de alguns fatores primordiais, como a intensidade luminosa a ser empregada, a temperatura e a quantidade de nitrogênio fornecida ao reator. Extratos de micro-organismos, devido à ampla possibilidade que estes possuem de produzir compostos orgânicos, podem conter substâncias possíveis de serem utilizadas em formulações cosméticas capazes de proteger a pele contra os eventuais efeitos danosos das radiações UVA e UVB, as quais estão crescentes devido ao aumento na depleção da camada de ozônio atmosférico. Assim, esta pesquisa teve como objetivo o estudo de dois micro-organismos fotossintetizantes, Arthrospira (Spirulina) platensis e Chlorella vulgaris, como fonte de moléculas com ação fotoprotetora. Incialmente foram avaliadas fontes de nitrogênio (sulfato de amônio, nitrato de sódio e ureia) e suas concentrações em cultivos de C. vulgaris, utilizando-se erlenmeyers, e para ambos os micro-organismos foram realizados experimentos em reatores tubulares. As condições correspondentes aos maiores crescimentos celulares foram utilizadas para produção de biomassas, estas avaliadas quanto à ação fotoprotetora. Nos cultivos, foram avaliados a concentração celular máxima (Xm), produtividade em células (Px), teor proteico da biomassa seca (Tprot) e teor lipídico da biomassa seca (Tlip). Foi avaliada a ação fotoprotetora dos extratos desses micro-organismos, obtidos com solventes de diferentes polaridades, e verificando-se o potencial destes na elaboração do fotoprotetor. Em cultivos em erlenmeyers, utilizando-se meio Bold modificado, a associação de sulfato de amônio e nitrato de sódio nas concentrações de 5 mM, para ambas as fontes de nitrogênio, direcionou-se para maiores resultados de crescimentos de C. vulgaris, obtendo-se: Xm= 538 mg.L-1; Px= 28,9 mg.L-1.d-1; Tprot= 40,9 %; Tlip= 18,8 %. Nos cultivos em reatores tubulares de C. vulgaris, utilizando-se condições otimizadas em frascos Erlenmeyers (meio Bold e 5 mM de (NH4)2SO4 e 5 mM de NaNO3), os resultados obtidos foram: Xm= 3011 mg.L-1; Px= 373 mg.L-1.d-1; Tprot= 42,2 %; Tlip= 19,5 %. Nos cultivos em reatores tubulares de A. (Spirulina) platensis (meio Schlösser enriquecido com 30 mM de NaNO3), obtiveram-se: Xm= 2925 mg.L-1; Px= 370,3 mg.L-1.d-1; Tprot= 40,1 %; Tlip= 19,4 %. Dentre os extratos desses micro-organismos fotossintetizantes, o de Chlorella vulgaris foi o que apresentou o melhor FPS, revelando ser esta a que possuiu o melhor desempenho de ação fotoprotetora, cujo fator de proteção solar (FPS) foi de 38, após a formulação ser irradiada com UV. / The cultivation of the photosynthetic microorganisms relies on some key factors, such as the light intensity to be employed, the temperature and the amount of nitrogen supplied to the reactor. The extracts of microorganisms, due to the large possibility that these have to produce organic compounds, may contain substances that can be used in cosmetic formulations that protect the skin from any harmful effects of UVA and UVB radiation, which are increasing due to the increase in depletion of atmospheric ozone. Thus, this research aimed to study two photosynthetic microorganisms, Arthrospira (Spirulina) platensis and Chlorella vulgaris, as a source of molecules with sunscreen action. Initially, were evaluated sources of nitrogen (ammonium sulfate, sodium nitrate and urea) and different concentrations theirs in C. vulgaris cultures, using Erlenmeyer flasks, and for both microorganisms were carried out experiments in tubular reactors. The corresponding conditions to the larger cell growths were used for the production of biomasses, which were evaluated for theirs photoprotective action. In the medium were evaluated: the maximum cell concentration (Xm), productivity in cells (Px), protein content of the dry biomass (Tprot) and lipid content of dry biomass (Tlip). It was evaluated the photoprotective action of extracts from these microorganisms, obtained using solvents of different polarity, and verifying the potential of these in the preparation of sunscreen. In cultures in Erlenmeyer flasks, using modified medium Bold, the combination of ammonium sulfate and sodium nitrate in concentration 5 mM for both nitrogen source led to a higher growth of the C. vulgaris, getting: Xm= 538 mg.L-1; Px= 28.9 mg.L-1.d-1; Tprot= 40.9 %; Tlip= 18.8 %. In cultivation in tubular reactors of C. vulgaris, using the optimized conditions in Erlenmeyer flasks (medium Bold and 5 mM of (NH4)2SO4nd 5 mM of NaNO3), the obtained results were: Xm= 3011 mg.L-1; Px= 373 mg.L-1.d-1; Tprot= 42.2 %; Tlip= 19.5 %. In cultivation in tubular reactors of A. (Spirulina) platensis (medium Schlösser supplemented with 30 mM of NaNO3), the results were: Xm= 2925 mg.L-1; Px= 370.3 mg.L-1.d-1; Tprot= 40.1 %; Tlip= 19.4 %. Among the extracts of these photosynthetic microorganisms, Chlorella vulgaris showed the best SPF, revealing that this is what possessed the best sunscreen action performance, whose sun protection factor (SPF) was 38, after the formulation irradiated with UV.

A cianobactéria Arthrospira (Spirulina) platensis, é um dos micro-organismos fotossintetizantes mais estudados e cultivados, e atualmente tem sido utilizado para a produção de biomassa, com elevado conteúdo de proteínas, vitaminas, minerais, aminoácidos essenciais, ácidos graxos poli-insaturados e pigmentos, com potencial uso como complemento alimentar para humanos, bem como em alimentação de animais. No entanto, o cultivo de micro-organismos fotossintetizantes tem uma demanda hídrica bastante alta. Dessa forma, é importante a realização de trabalhos que avaliem a possibilidade de reuso de meio de cultivo de Arthrospira, que, além de reduzir os custos com nutrientes, contemplam o aspecto ambiental, evitando salinização do solo e eutrofização de corpos hídricos. Este trabalho avaliou a reutilização de meios do cultivo de Arthrospira (Spirulina) platensis tratados com carvão ativado em pó e diferentes agentes coagulantes. Os efluentes foram obtidos dos cultivos de A. platensis com nitrato de sódio como fonte de nitrogênio em processo descontínuo, em minitanques. Os efluentes passaram por tratamentos físico-químicos com diferentes concentrações de carvão ativado em pó (30, 40 e 50 mg.L-1) e cloreto férrico (6, 10 e 14 mg.L-1) ou sulfato férrico (15, 25 e 35 mg.L-1) para serem reaproveitados em cultivos desse micro-organismo. O reuso de meio no cultivo de A. platensis mostrou resultados aceitáveis, observando-se que o crescimento desta cianobactéria foi satisfatório, com obtenção de concentração celular máxima (Xm) obtida de 1093 mg.L-1 em frasco Erlenmeyer, correspondente ao ensaio com meio tratado com 30 mg.L-1 de carvão ativado em pó (CAP) e 6 mg.L-1 de cloreto férrico. Esses resultados de crescimento celular foram da mesma ordem de grandeza que os resultados de Xm obtidos com meio novo e maiores que aqueles oriundos de crescimentos em meios tratados com sulfato férrico como agente coagulante, cujos valores de concentração celulares máximas não excederam 806 mg.L-1. Os cultivos em meios provenientes de tratamento com cloreto férrico não alteraram a composição da biomassa, chegando a valores de teor protéico da ordem de 47%. Conclui-se que o reuso de meio pode ser viável para a produção de biomassa de A. platensis, reduzindo o custo de produção pelo reuso dos nutrientes. / The cyanobacterium Arthrospira (Spirulina) platensis, one of the most studied and cultivated photosynthetic microorganisms and, currently has been used for biomass production of biomass, with high contents of protein, vitamins, minerals, amino acids, polyunsaturated fatty acids, and pigments, with potential use as a dietary supplement for human food supplement and animal feed. However, the cultivation of photosynthetic microorganisms have a very high water demand. Thus, is important to carry out studies evaluating the possibility of reuse of Arthrospira culture medium, which, in addition to reducing the costs of nutrients, include the environmental aspect, preventing soil salinization and eutrophication of water bodies. This work has evaluated the reuse of effluent medium from Arthrospira (Spirulina) platensis cultivation treated with powdered activated carbon and different coagulants. The effluent, obtained from A. platensis batch cultivation in bench-scale open ponds, using sodium nitrate as a nitrogen source. The effluent went through physico-chemical treatments employing different concentrations of powdered activated carbon (30, 40, and 50 mg.L-1) and ferric chloride (6, 10, and 14 mg.L-1) or ferric sulphate (15, 25, and 35 mg.L-1) for them to be reused in cultured microorganism. The reuse through the cultivation of A. platensis showed acceptable results, observing that the growth of this cyanobacterium was satisfactory, obtaining maximum cell concentration (Xm) obtained 1093 mg.L-1 in Erlenmeyer flask, corresponding to the assay medium treated with 30 mg.L-1 of powdered activated carbon (PAC) and 6 mg.L-1 ferric chloride. The results of cell growth were the same order of magnitude as the results of Xm obtained with new culture medium and larger than those from growth in media treated with ferric sulfate as a coagulant agent, whose maximum values of cell concentration did not exceed 806 mg.L-1. The cultures in media from treatment with ferric chloride did not alter the composition of the biomass, reaching values of protein content of around 47%. It is concluded that the reuse of cultures medium may be feasible to produce biomass of A. platensis, reducing the production cost by recycling of nutrients.

Arthrospira (Spirulina) platensis, cianobactéria fotoautotrófica, é importante comercialmente devido ao seu valor nutricional (elevado teor de proteínas, lipídios, vitaminas e minerais), além da presença do ácido graxo γ-linolênico e pigmentos, os quais agregam valor a esta biomassa. Este micro-organismo foi cultivado em fotobiorreator tubular, e os seguintes parâmetros foram avaliados: aplicação de diferentes sistemas de circulação de células, intensidades luminosas, adição simultânea de diferentes proporções de sulfato de amônio e nitrato de sódio como fontes de nitrogênio, adição de dióxido de carbono proveniente de fermentação alcoólica e, finalmente, a aplicação desta biomassa para remoção de metais pesados. Para a avaliação do sistema de circulação de células e da intensidade luminosa foram utilizadas as variáveis dependentes: concentração celular máxima (Xm), produtividade em células (Px), fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N), eficiência fotossintética (EF) e teores de proteínas e lipídios da biomassa. Os protocolos de alimentação de nitrogênio e o uso de CO2 proveniente de cilindro ou de fermentação alcoólica foram avaliados com uso das mesmas variáveis já citadas, exceto EF; e, para remoção de Ni2+, Zn2+ e Pb2+ em solução aquosa foram estudados o tempo de adsorção e a influência da concentração inicial de metal em solução; com posterior cálculo da eficiência e capacidade de adsorção, e apresentação de modelos cinéticos e isotermas de equilíbrio. A melhor combinação de resultados em valores médios (Xm = 4055 mg L-1, Px = 406 mg L-1 d-1, YX/N = 5,07 mg mg-1, lipídios totais = 8,94%, proteínas totais = 30,3%, EF = 2,04%) foi obtida nos cultivos realizados com intensidade luminosa = 120 µ mol fótons m-2 s-1. O tipo de sistema de circulação de células utilizado não influenciou estatisticamente quase nenhuma das respostas estudadas e isto indica a possibilidade de substituição do sistema tradicional airlift pelos outros testados neste trabalho. A mistura da menor quantidade de nitrato em relação à de amônio (protocolo I) resultou na melhor combinação de resultados das variáveis dependentes analisadas(Xm = 4,543 g L-1; Px = 0,460 g L-1 d-1; YX/N = 15,6 g g-1; lipídios totais = 8,39% e proteínas totais = 18,7 %). O tipo da fonte de CO2 não exerceu nenhuma influência estatística no crescimento de A. platensis, o que indica a possibilidade do uso do resíduo (CO2) proveniente de fermentação alcoólica nos cultivos desta cianobactéria. A adsorção dos metais pela biomassa seca de A. platensis reduziu à medida que houve aumento da concentração inicial de metal, e a maior eficiência de adsorção foi para o metal Pb2+ (78%). Chlorella quando comparada à Arthrospira foi considerada melhor adsorvente, devido ao maior valor de eficiência de remoção (86,5%). O modelo, cinético de Ho e Mckay e os modelos de equilíbrio de Langmuir e Freundlich se adequaram bem ao processo de adsorção desta célula. / Arthrospira (Spirulina) platensis, photoautotrophic cyanobacterium, is commercially important due its high nutritional value (high content of proteins, lipids, vitamins, and minerals), besides of the presence of γ-linolenic fatty acids and pigments, which add value to this biomass. This microorganism was cultivated in tubular photobioreactor and the following parameters were evaluated: application of different cell circulation systems, light intensities, different protocols of simultaneous ammonium sulfate and sodium nitrate feeding, addition of CO2 from ethanol fermentation and, finally, the application of this biomass to the heavy metal removal. The dependent variables [maximum cell concentration (Xm), cell productivity (Px), nitrogen-to-cell conversion factor (YX/N), photosynthetic efficiency (EF) and proteins and lipids contents] were used to evaluate the influence of cell circulation systems and the light intensities. The nitrogen feeding protocols and the use of CO2 from cylinder or ethanol fermentation were evaluated using the same parameters aforementioned, except EF; and to analyze Ni2+, Zn2+ and Pb2+ removal, the adsorption time and the influence of initial metal concentration were evaluated with subsequent calculation of the efficiency and capacity adsorption. The kinetic models and equilibrium isotherms were also presented. The best combination of responses\' mean values (Xm = 4055 mg L-1, Px = 406 mg L-1 d-1, YX/N = 5.07 mg mg-1, total lipids = 8.94%, total proteins = 30.3%, EF = 2.04%) was obtained at light intensity = 120 µ mol photons m-2 s-1. The cell circulation system did not exert statistical significant influence on almost all the responses, which suggests that the traditional airlift system could successfully be substituted by the others tested in this work. The mixture of the lower amount of nitrate in relation to ammonium (protocol I) (Xm = 4,543 g L-1; Px = 0,460 g L-1 d-1; YX/N = 15,6 g g-1; total lipids = 8,39% and total proteins = 18,7 %) resulted in the best combination of responses\' mean values. The kind of CO2 source did not exerted any statistical influence on A. platensis growth, which suggests the possibility of using the ethanol fermentation residue (CO2) in the cyanobacterium cultivation. The metal adsorption by A. platensis biomass reduced with increasing initial metal concentration and the adsorption efficiency was higher for metal Pb2+ (78%). Chlorella was considered a better biosorbent when compared to Arthrospira because of the higher values of removal efficiency (86.5%). The kinetic (Ho and McKay) and equilibrium (Langmuir and Freundlich) models are well suited to the adsorption process of this cell.

A cianobactéria Arthrospira (Spirulina) platensis, uns dos microrganismos fotossintetizantes mais estudados e cultivados no planeta, tem uma composição particular de biomassa que inclui: elevado conteúdo de proteínas, ácidos graxos poliinsaturados, pigmentos naturais e outras substâncias de interesse nas indústrias alimentícia, farmacêutica e cosmética. Estudos recentes demonstram que devido a sua composição de biomassa, está sendo estudada para a extração de biocompostos e para a produção de biocombustíveis. O uso de fontes de nitrogênio de baixo custo, como a uréia, pode contribuir para a viabilização da produção deste microrganismo. A. platensis foi cultivada em fotobiorreatores tubulares fechados de capacidade de 3,5 L, com intensidade luminosa de 120 µmol fótons.m-2.s-1 utilizando processo descontinuo alimentado com uréia como fonte de nitrogênio com adição intermitente. O planejamento experimental utilizado foi de modelo fatorial 22, acrescido dos pontos centrais, mais configuração estrela que permitiu avaliar o efeito das variáveis independentes temperatura (T) e vazão molar de alimentação diária de uréia (K). Os resultados foram avaliados com auxílio da metodologia de superfície de resposta que permitiu verificar, através da otimização simultânea das variáveis independentes, uma condição ótima de T = 32 °C e K = 1,16 mM.dia-1 para o crescimento de A. platensis durante 8 dias de cultivo, conseguindo-se nestas condições, concentração celular máxima de 4186 ± 39 mg.L-1, produtividade celular de 757 ± 8 mg.L-1.d-1 e fator de conversão de nitrogênio em células de 14,3 ± 0,1 mg.mg-1. Os valores de Xm obtidos experimentalmente correspondem a 0,4 % a menos do que os valores máximos estimados pelo modelo matemático. O teor de lipídeo da biomassa não foi influenciado pelas condições experimentais adotadas neste trabalho, sendo os valores obtidos dentro da faixa citada na literatura para este microrganismo (aproximadamente 7 %). O teor de proteína da biomassa foi dependente da temperatura e da vazão molar de alimentação diária de uréia. Para vazões molares de uréia até 0.717 mM. dia-1, o aumento da temperatura diminui o teor de proteínas na biomassa. Por outro lado, para valores de vazão de uréia maiores (≥ 0,883 mM.dia-1), o aumento da temperatura leva ao aumento do teor de proteínas na biomassa. O maior valor de teor de proteína obtido neste trabalho foi de 39,49 % (T = 33 ºC, K = 1,879 mM.dia-1). / The cyanobacterium Arthrospira (Spirulina) platensis, ones of the most studied and cultivated photosynthetic microorganisms in the planet, has a unique biomass composition that includes: high protein content, polyunsaturated fat acids, natural pigments and other substances of interest in food, pharmaceutical and cosmetic industries. Recent studies demonstrate that due to its biomass composition, it has being studied for biocomponents extraction and bio-fuels production. The use of low cost nitrogen sources, such as urea, can contribute to the viability of this microorganism production. A. platensis was cultivated in 3.5-liters closed tubular photobioreactors, under luminous intensity of 120 µmol fótons.m-2.s-1, using fed-batch cultivation process with urea as nitrogen source, added intermittently. The utilized experimental design was one of a factorial model 22, increased of the central points and star configuration, which allowed evaluating the effect of the independent variables, such as temperature (T) and urea daily molar flow-rate (K). The results were evaluated with response surface methodology (RSM) that allowed verifying, through the simultaneous optimization of the independent variables, an optimum condition of T = 32 °C and K = 1.16 mM.dia-1 for the growth of A. platensis during 8 days of culture, obtaining maximum cellular concentration of 4186 ± 39 mg.L-1, cellular productivity of 757 ± 8 mg.L-1.d-1 and nitrogen-to-cells factor of 14.3 ± 0.1 mg.mg-1. The Xm values obtained experimentally corresponds to 0.4 % less than the maximum values estimated by the mathematical model. The biomass lipid content was not influenced by the experimental conditions adopted in this work, being the obtained values within the range mentioned in the literature for this microorganism (approximately 7 %). The biomass protein content was dependent of the temperature and urea molar flow-rate. For the latter parameter, values up to 0.717 mM.dia-1, the increase in temperature diminished biomass protein content. On the other hand, for higher urea molar flow-rate values (≥ 0,883 mM.dia-1), the increase of temperature leads to increase of biomass protein content. The highest value of biomass protein content obtained in this work was of 39.49 % (T = 33 ºC, K = 1.879 mM.dia-1).

Arthrospira (Spirulina) platensis, cianobactéria fotoautotrófica, é importante comercialmente devido ao seu valor nutricional (elevado teor de proteínas, lipídios, vitaminas e minerais), além da presença do ácido graxo γ-linolênico e pigmentos, os quais agregam valor a esta biomassa. Este micro-organismo foi cultivado em fotobiorreator tubular, e os seguintes parâmetros foram avaliados: aplicação de diferentes sistemas de circulação de células, intensidades luminosas, adição simultânea de diferentes proporções de sulfato de amônio e nitrato de sódio como fontes de nitrogênio, adição de dióxido de carbono proveniente de fermentação alcoólica e, finalmente, a aplicação desta biomassa para remoção de metais pesados. Para a avaliação do sistema de circulação de células e da intensidade luminosa foram utilizadas as variáveis dependentes: concentração celular máxima (Xm), produtividade em células (Px), fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N), eficiência fotossintética (EF) e teores de proteínas e lipídios da biomassa. Os protocolos de alimentação de nitrogênio e o uso de CO2 proveniente de cilindro ou de fermentação alcoólica foram avaliados com uso das mesmas variáveis já citadas, exceto EF; e, para remoção de Ni2+, Zn2+ e Pb2+ em solução aquosa foram estudados o tempo de adsorção e a influência da concentração inicial de metal em solução; com posterior cálculo da eficiência e capacidade de adsorção, e apresentação de modelos cinéticos e isotermas de equilíbrio. A melhor combinação de resultados em valores médios (Xm = 4055 mg L-1, Px = 406 mg L-1 d-1, YX/N = 5,07 mg mg-1, lipídios totais = 8,94%, proteínas totais = 30,3%, EF = 2,04%) foi obtida nos cultivos realizados com intensidade luminosa = 120 µ mol fótons m-2 s-1. O tipo de sistema de circulação de células utilizado não influenciou estatisticamente quase nenhuma das respostas estudadas e isto indica a possibilidade de substituição do sistema tradicional airlift pelos outros testados neste trabalho. A mistura da menor quantidade de nitrato em relação à de amônio (protocolo I) resultou na melhor combinação de resultados das variáveis dependentes analisadas(Xm = 4,543 g L-1; Px = 0,460 g L-1 d-1; YX/N = 15,6 g g-1; lipídios totais = 8,39% e proteínas totais = 18,7 %). O tipo da fonte de CO2 não exerceu nenhuma influência estatística no crescimento de A. platensis, o que indica a possibilidade do uso do resíduo (CO2) proveniente de fermentação alcoólica nos cultivos desta cianobactéria. A adsorção dos metais pela biomassa seca de A. platensis reduziu à medida que houve aumento da concentração inicial de metal, e a maior eficiência de adsorção foi para o metal Pb2+ (78%). Chlorella quando comparada à Arthrospira foi considerada melhor adsorvente, devido ao maior valor de eficiência de remoção (86,5%). O modelo, cinético de Ho e Mckay e os modelos de equilíbrio de Langmuir e Freundlich se adequaram bem ao processo de adsorção desta célula. / Arthrospira (Spirulina) platensis, photoautotrophic cyanobacterium, is commercially important due its high nutritional value (high content of proteins, lipids, vitamins, and minerals), besides of the presence of γ-linolenic fatty acids and pigments, which add value to this biomass. This microorganism was cultivated in tubular photobioreactor and the following parameters were evaluated: application of different cell circulation systems, light intensities, different protocols of simultaneous ammonium sulfate and sodium nitrate feeding, addition of CO2 from ethanol fermentation and, finally, the application of this biomass to the heavy metal removal. The dependent variables [maximum cell concentration (Xm), cell productivity (Px), nitrogen-to-cell conversion factor (YX/N), photosynthetic efficiency (EF) and proteins and lipids contents] were used to evaluate the influence of cell circulation systems and the light intensities. The nitrogen feeding protocols and the use of CO2 from cylinder or ethanol fermentation were evaluated using the same parameters aforementioned, except EF; and to analyze Ni2+, Zn2+ and Pb2+ removal, the adsorption time and the influence of initial metal concentration were evaluated with subsequent calculation of the efficiency and capacity adsorption. The kinetic models and equilibrium isotherms were also presented. The best combination of responses\' mean values (Xm = 4055 mg L-1, Px = 406 mg L-1 d-1, YX/N = 5.07 mg mg-1, total lipids = 8.94%, total proteins = 30.3%, EF = 2.04%) was obtained at light intensity = 120 µ mol photons m-2 s-1. The cell circulation system did not exert statistical significant influence on almost all the responses, which suggests that the traditional airlift system could successfully be substituted by the others tested in this work. The mixture of the lower amount of nitrate in relation to ammonium (protocol I) (Xm = 4,543 g L-1; Px = 0,460 g L-1 d-1; YX/N = 15,6 g g-1; total lipids = 8,39% and total proteins = 18,7 %) resulted in the best combination of responses\' mean values. The kind of CO2 source did not exerted any statistical influence on A. platensis growth, which suggests the possibility of using the ethanol fermentation residue (CO2) in the cyanobacterium cultivation. The metal adsorption by A. platensis biomass reduced with increasing initial metal concentration and the adsorption efficiency was higher for metal Pb2+ (78%). Chlorella was considered a better biosorbent when compared to Arthrospira because of the higher values of removal efficiency (86.5%). The kinetic (Ho and McKay) and equilibrium (Langmuir and Freundlich) models are well suited to the adsorption process of this cell.

A cianobactéria Arthrospira (Spirulina) platensis, é um dos micro-organismos fotossintetizantes mais estudados e cultivados, e atualmente tem sido utilizado para a produção de biomassa, com elevado conteúdo de proteínas, vitaminas, minerais, aminoácidos essenciais, ácidos graxos poli-insaturados e pigmentos, com potencial uso como complemento alimentar para humanos, bem como em alimentação de animais. No entanto, o cultivo de micro-organismos fotossintetizantes tem uma demanda hídrica bastante alta. Dessa forma, é importante a realização de trabalhos que avaliem a possibilidade de reuso de meio de cultivo de Arthrospira, que, além de reduzir os custos com nutrientes, contemplam o aspecto ambiental, evitando salinização do solo e eutrofização de corpos hídricos. Este trabalho avaliou a reutilização de meios do cultivo de Arthrospira (Spirulina) platensis tratados com carvão ativado em pó e diferentes agentes coagulantes. Os efluentes foram obtidos dos cultivos de A. platensis com nitrato de sódio como fonte de nitrogênio em processo descontínuo, em minitanques. Os efluentes passaram por tratamentos físico-químicos com diferentes concentrações de carvão ativado em pó (30, 40 e 50 mg.L-1) e cloreto férrico (6, 10 e 14 mg.L-1) ou sulfato férrico (15, 25 e 35 mg.L-1) para serem reaproveitados em cultivos desse micro-organismo. O reuso de meio no cultivo de A. platensis mostrou resultados aceitáveis, observando-se que o crescimento desta cianobactéria foi satisfatório, com obtenção de concentração celular máxima (Xm) obtida de 1093 mg.L-1 em frasco Erlenmeyer, correspondente ao ensaio com meio tratado com 30 mg.L-1 de carvão ativado em pó (CAP) e 6 mg.L-1 de cloreto férrico. Esses resultados de crescimento celular foram da mesma ordem de grandeza que os resultados de Xm obtidos com meio novo e maiores que aqueles oriundos de crescimentos em meios tratados com sulfato férrico como agente coagulante, cujos valores de concentração celulares máximas não excederam 806 mg.L-1. Os cultivos em meios provenientes de tratamento com cloreto férrico não alteraram a composição da biomassa, chegando a valores de teor protéico da ordem de 47%. Conclui-se que o reuso de meio pode ser viável para a produção de biomassa de A. platensis, reduzindo o custo de produção pelo reuso dos nutrientes. / The cyanobacterium Arthrospira (Spirulina) platensis, one of the most studied and cultivated photosynthetic microorganisms and, currently has been used for biomass production of biomass, with high contents of protein, vitamins, minerals, amino acids, polyunsaturated fatty acids, and pigments, with potential use as a dietary supplement for human food supplement and animal feed. However, the cultivation of photosynthetic microorganisms have a very high water demand. Thus, is important to carry out studies evaluating the possibility of reuse of Arthrospira culture medium, which, in addition to reducing the costs of nutrients, include the environmental aspect, preventing soil salinization and eutrophication of water bodies. This work has evaluated the reuse of effluent medium from Arthrospira (Spirulina) platensis cultivation treated with powdered activated carbon and different coagulants. The effluent, obtained from A. platensis batch cultivation in bench-scale open ponds, using sodium nitrate as a nitrogen source. The effluent went through physico-chemical treatments employing different concentrations of powdered activated carbon (30, 40, and 50 mg.L-1) and ferric chloride (6, 10, and 14 mg.L-1) or ferric sulphate (15, 25, and 35 mg.L-1) for them to be reused in cultured microorganism. The reuse through the cultivation of A. platensis showed acceptable results, observing that the growth of this cyanobacterium was satisfactory, obtaining maximum cell concentration (Xm) obtained 1093 mg.L-1 in Erlenmeyer flask, corresponding to the assay medium treated with 30 mg.L-1 of powdered activated carbon (PAC) and 6 mg.L-1 ferric chloride. The results of cell growth were the same order of magnitude as the results of Xm obtained with new culture medium and larger than those from growth in media treated with ferric sulfate as a coagulant agent, whose maximum values of cell concentration did not exceed 806 mg.L-1. The cultures in media from treatment with ferric chloride did not alter the composition of the biomass, reaching values of protein content of around 47%. It is concluded that the reuse of cultures medium may be feasible to produce biomass of A. platensis, reducing the production cost by recycling of nutrients.

O cultivo dos micro-organismos fotossintetizantes depende de alguns fatores primordiais, como a intensidade luminosa a ser empregada, a temperatura e a quantidade de nitrogênio fornecida ao reator. Extratos de micro-organismos, devido à ampla possibilidade que estes possuem de produzir compostos orgânicos, podem conter substâncias possíveis de serem utilizadas em formulações cosméticas capazes de proteger a pele contra os eventuais efeitos danosos das radiações UVA e UVB, as quais estão crescentes devido ao aumento na depleção da camada de ozônio atmosférico. Assim, esta pesquisa teve como objetivo o estudo de dois micro-organismos fotossintetizantes, Arthrospira (Spirulina) platensis e Chlorella vulgaris, como fonte de moléculas com ação fotoprotetora. Incialmente foram avaliadas fontes de nitrogênio (sulfato de amônio, nitrato de sódio e ureia) e suas concentrações em cultivos de C. vulgaris, utilizando-se erlenmeyers, e para ambos os micro-organismos foram realizados experimentos em reatores tubulares. As condições correspondentes aos maiores crescimentos celulares foram utilizadas para produção de biomassas, estas avaliadas quanto à ação fotoprotetora. Nos cultivos, foram avaliados a concentração celular máxima (Xm), produtividade em células (Px), teor proteico da biomassa seca (Tprot) e teor lipídico da biomassa seca (Tlip). Foi avaliada a ação fotoprotetora dos extratos desses micro-organismos, obtidos com solventes de diferentes polaridades, e verificando-se o potencial destes na elaboração do fotoprotetor. Em cultivos em erlenmeyers, utilizando-se meio Bold modificado, a associação de sulfato de amônio e nitrato de sódio nas concentrações de 5 mM, para ambas as fontes de nitrogênio, direcionou-se para maiores resultados de crescimentos de C. vulgaris, obtendo-se: Xm= 538 mg.L-1; Px= 28,9 mg.L-1.d-1; Tprot= 40,9 %; Tlip= 18,8 %. Nos cultivos em reatores tubulares de C. vulgaris, utilizando-se condições otimizadas em frascos Erlenmeyers (meio Bold e 5 mM de (NH4)2SO4 e 5 mM de NaNO3), os resultados obtidos foram: Xm= 3011 mg.L-1; Px= 373 mg.L-1.d-1; Tprot= 42,2 %; Tlip= 19,5 %. Nos cultivos em reatores tubulares de A. (Spirulina) platensis (meio Schlösser enriquecido com 30 mM de NaNO3), obtiveram-se: Xm= 2925 mg.L-1; Px= 370,3 mg.L-1.d-1; Tprot= 40,1 %; Tlip= 19,4 %. Dentre os extratos desses micro-organismos fotossintetizantes, o de Chlorella vulgaris foi o que apresentou o melhor FPS, revelando ser esta a que possuiu o melhor desempenho de ação fotoprotetora, cujo fator de proteção solar (FPS) foi de 38, após a formulação ser irradiada com UV. / The cultivation of the photosynthetic microorganisms relies on some key factors, such as the light intensity to be employed, the temperature and the amount of nitrogen supplied to the reactor. The extracts of microorganisms, due to the large possibility that these have to produce organic compounds, may contain substances that can be used in cosmetic formulations that protect the skin from any harmful effects of UVA and UVB radiation, which are increasing due to the increase in depletion of atmospheric ozone. Thus, this research aimed to study two photosynthetic microorganisms, Arthrospira (Spirulina) platensis and Chlorella vulgaris, as a source of molecules with sunscreen action. Initially, were evaluated sources of nitrogen (ammonium sulfate, sodium nitrate and urea) and different concentrations theirs in C. vulgaris cultures, using Erlenmeyer flasks, and for both microorganisms were carried out experiments in tubular reactors. The corresponding conditions to the larger cell growths were used for the production of biomasses, which were evaluated for theirs photoprotective action. In the medium were evaluated: the maximum cell concentration (Xm), productivity in cells (Px), protein content of the dry biomass (Tprot) and lipid content of dry biomass (Tlip). It was evaluated the photoprotective action of extracts from these microorganisms, obtained using solvents of different polarity, and verifying the potential of these in the preparation of sunscreen. In cultures in Erlenmeyer flasks, using modified medium Bold, the combination of ammonium sulfate and sodium nitrate in concentration 5 mM for both nitrogen source led to a higher growth of the C. vulgaris, getting: Xm= 538 mg.L-1; Px= 28.9 mg.L-1.d-1; Tprot= 40.9 %; Tlip= 18.8 %. In cultivation in tubular reactors of C. vulgaris, using the optimized conditions in Erlenmeyer flasks (medium Bold and 5 mM of (NH4)2SO4nd 5 mM of NaNO3), the obtained results were: Xm= 3011 mg.L-1; Px= 373 mg.L-1.d-1; Tprot= 42.2 %; Tlip= 19.5 %. In cultivation in tubular reactors of A. (Spirulina) platensis (medium Schlösser supplemented with 30 mM of NaNO3), the results were: Xm= 2925 mg.L-1; Px= 370.3 mg.L-1.d-1; Tprot= 40.1 %; Tlip= 19.4 %. Among the extracts of these photosynthetic microorganisms, Chlorella vulgaris showed the best SPF, revealing that this is what possessed the best sunscreen action performance, whose sun protection factor (SPF) was 38, after the formulation irradiated with UV.

A cianobactéria Arthrospira (Spirulina) platensis, uns dos microrganismos fotossintetizantes mais estudados e cultivados no planeta, tem uma composição particular de biomassa que inclui: elevado conteúdo de proteínas, ácidos graxos poliinsaturados, pigmentos naturais e outras substâncias de interesse nas indústrias alimentícia, farmacêutica e cosmética. Estudos recentes demonstram que devido a sua composição de biomassa, está sendo estudada para a extração de biocompostos e para a produção de biocombustíveis. O uso de fontes de nitrogênio de baixo custo, como a uréia, pode contribuir para a viabilização da produção deste microrganismo. A. platensis foi cultivada em fotobiorreatores tubulares fechados de capacidade de 3,5 L, com intensidade luminosa de 120 µmol fótons.m-2.s-1 utilizando processo descontinuo alimentado com uréia como fonte de nitrogênio com adição intermitente. O planejamento experimental utilizado foi de modelo fatorial 22, acrescido dos pontos centrais, mais configuração estrela que permitiu avaliar o efeito das variáveis independentes temperatura (T) e vazão molar de alimentação diária de uréia (K). Os resultados foram avaliados com auxílio da metodologia de superfície de resposta que permitiu verificar, através da otimização simultânea das variáveis independentes, uma condição ótima de T = 32 °C e K = 1,16 mM.dia-1 para o crescimento de A. platensis durante 8 dias de cultivo, conseguindo-se nestas condições, concentração celular máxima de 4186 ± 39 mg.L-1, produtividade celular de 757 ± 8 mg.L-1.d-1 e fator de conversão de nitrogênio em células de 14,3 ± 0,1 mg.mg-1. Os valores de Xm obtidos experimentalmente correspondem a 0,4 % a menos do que os valores máximos estimados pelo modelo matemático. O teor de lipídeo da biomassa não foi influenciado pelas condições experimentais adotadas neste trabalho, sendo os valores obtidos dentro da faixa citada na literatura para este microrganismo (aproximadamente 7 %). O teor de proteína da biomassa foi dependente da temperatura e da vazão molar de alimentação diária de uréia. Para vazões molares de uréia até 0.717 mM. dia-1, o aumento da temperatura diminui o teor de proteínas na biomassa. Por outro lado, para valores de vazão de uréia maiores (≥ 0,883 mM.dia-1), o aumento da temperatura leva ao aumento do teor de proteínas na biomassa. O maior valor de teor de proteína obtido neste trabalho foi de 39,49 % (T = 33 ºC, K = 1,879 mM.dia-1). / The cyanobacterium Arthrospira (Spirulina) platensis, ones of the most studied and cultivated photosynthetic microorganisms in the planet, has a unique biomass composition that includes: high protein content, polyunsaturated fat acids, natural pigments and other substances of interest in food, pharmaceutical and cosmetic industries. Recent studies demonstrate that due to its biomass composition, it has being studied for biocomponents extraction and bio-fuels production. The use of low cost nitrogen sources, such as urea, can contribute to the viability of this microorganism production. A. platensis was cultivated in 3.5-liters closed tubular photobioreactors, under luminous intensity of 120 µmol fótons.m-2.s-1, using fed-batch cultivation process with urea as nitrogen source, added intermittently. The utilized experimental design was one of a factorial model 22, increased of the central points and star configuration, which allowed evaluating the effect of the independent variables, such as temperature (T) and urea daily molar flow-rate (K). The results were evaluated with response surface methodology (RSM) that allowed verifying, through the simultaneous optimization of the independent variables, an optimum condition of T = 32 °C and K = 1.16 mM.dia-1 for the growth of A. platensis during 8 days of culture, obtaining maximum cellular concentration of 4186 ± 39 mg.L-1, cellular productivity of 757 ± 8 mg.L-1.d-1 and nitrogen-to-cells factor of 14.3 ± 0.1 mg.mg-1. The Xm values obtained experimentally corresponds to 0.4 % less than the maximum values estimated by the mathematical model. The biomass lipid content was not influenced by the experimental conditions adopted in this work, being the obtained values within the range mentioned in the literature for this microorganism (approximately 7 %). The biomass protein content was dependent of the temperature and urea molar flow-rate. For the latter parameter, values up to 0.717 mM.dia-1, the increase in temperature diminished biomass protein content. On the other hand, for higher urea molar flow-rate values (≥ 0,883 mM.dia-1), the increase of temperature leads to increase of biomass protein content. The highest value of biomass protein content obtained in this work was of 39.49 % (T = 33 ºC, K = 1.879 mM.dia-1).