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.

Atualmente, as microalgas têm se mostrado uma matéria prima de interesse para a produção de biocombustíveis, por ser uma fonte renovável, não poluente e por não competir em áreas de cultivos de alimentos. No entanto, há a necessidade de se explorar fatores e metodologias na produção de biodiesel de microalgas para que o processo seja viabilizado. Este estudo buscou potencializar o processo de transesterificação direta (extração e reação simultaneamente) da biomassa da microalga Chlorella minutíssima para a produção de ésteres etílicos brutos tendo em vista a produção de biodiesel. O processamento direto (in situ) investigou separadamente o uso da biomassa seca e úmida, sob os efeitos dos fatores etanol, clorofórmio e ácido como catalisador. A metodologia de Taguchi foi utilizada como planejamento de experimentos para potencializar a conversão e rendimento mássico em ésteres etílicos. A partir da biomassa seca, analisadas as razões de etanol/biomassa de 100, 50, 25 e 10 mL/g teve a maximização dos resultados utilizando 25 mL de etanol (86,16% em massa com 96% de conversão) e 50 mL de etanol (104% em massa com 88% de conversão), ambas, com 5 mL de clorofórmio e 1mL de ácido sulfúrico por grama de biomassa. Posteriormente, com a inclusão dos catalisadores ácidos HCl e H2SO4 como variável, investigou-se o a reação de transesterificação in situ a partir da biomassa úmida (84% em base seca). Ambos ácidos demonstraram não ter efeito sobre as repostas. A maximização tanto do rendimento mássico quanto da conversão (131,5% em massa com 84% de conversão), bem como produzir a maior quantidade de ésteres com a menor uso de reagentes, utiliza a concentração do ácido a 0,6 mol/L, 25 mL de etanol e proporção de 1:10 de clorofórmio. Tanto a partir da biomassa seca quanto a partir da biomassa úmida, a metodologia de Taguchi foi capaz de determinar os melhores ajustes das condições reacionais para a síntese de ésteres etílicos brutos sem a necessidade de aplicar condições reacionais limitadas pela construção ou segurança do projeto como irradiação de micro-ondas ou condições supercríticas. / Currently, microalgae are considered an interest feedstock for the biofuel production, since they correspond to a renewable and non-polluting source, not competing with food crops areas. However, there is a need to explore factors and methodologies in the production of microalgae biodiesel to enable the process. This study aimed to enhance the direct transesterification process (simultaneous extraction and reaction) of the Chlorella minutíssima microalgae for the crude ethyl esters production in order to produce biodiesel. The direct processing (in situ) was investigated separately dry and wet biomass use under the effects of ethanol, chloroform and acid as a catalyst. The Taguchi methodology (design of experiments) was used to increase conversion and ethyl esters mass yields. The ethanol ratios 100, 50, 25 and 10 mL/g were analyzed from dry biomass. The results were maximized using 25 mL of ethanol (86.16% by mass with 96% conversion) and 50 mL (104% by mass with 88% conversion) with 5 mL of chloroform and 1 mL of sulfuric acid per gram of biomass. Subsequently, with the inclusion of acid catalysts HCl and H2SO4 as a variable, the in situ transesterification reaction of wet biomass (84% on dry basis) was investigated. In both cases, the acids showed no effect on the responses. Mass yield and conversion were maximized (131.5% by mass with 84% conversion), as the highest number of esters with the lowest use of reagents, take 0.6 mol/L acid concentration, 25 mL ethanol and 1:10 chloroform ratio. Taguchi methodology was able to determine the best reaction conditions adjustments for crude ethyl esters synthesis from dry biomass and wet biomass were met without the need to apply reaction conditions limited by the construction or project safety, as microwave irradiation or supercritical conditions.

O presente trabalho avaliou a influência de quatro fatores no processo de extração dos lipídios da biomassa de três microalgas marinhas: Chlorella minutíssima, Dunaliella salina e Nannochloropsis gaditana. Estes fatores foram: a umidade da biomassa, a proporção entre os solventes, o volume total de solventes e o tempo de ultrassom, estabelecidos em três diferentes níveis e verificados simultaneamente em diferentes combinações, em um arranjo ortogonal de Taguchi. O objetivo primeiro deste estudo simultâneo foi encontrar o ajuste fornecedor da maior porcentagem de lipídios. Três diferentes níveis de umidade foram investigados na biomassa: 64%, 72% e 80%. A extração de lipídios da biomassa microalgal com elevado teor de umidade permite grande economia de tempo e energia, que seriam consumidos no processo de secagem, caso o processo de extração exigisse somente biomassa seca. Quanto à proporção entre os solventes e ao volume total de solventes, buscou-se encontrar as quantidades ideais de cada um dos solventes empregados: clorofórmio, metanol e água, que contribuem para a lise celular e o sequestro mais eficiente dos lipídios. A quarta variável, o tempo de ultrassom, foi verificado por ser um catalisador do processo de lise celular. O estudo dessas variáveis visou não somente melhorar a eficácia da extração, mas economizar tempo de processo e energia. O processo compreendeu a hidratação controlada da biomassa, seguido da extração propriamente dita, onde um sistema ternário formou-se com a separação posterior em duas fases distintas, com os lipídios dissolvidos na fase orgânica. Além de determinar a melhor condição de extração, este trabalho verificou o potencial do material lipídico das três espécies à conversão em ésteres de etila, visando a produção de biodiesel e a composição em ácidos graxos, avaliando seu potencial à aplicação nutracêutica, como fonte de ácidos graxos essenciais. A melhor condição de extração resultou de uma biomassa com 64% de umidade, proporção de 5,7 de clorofórmio para 3,0 de metanol e 1,0 de água em um volume total de 33 mL de solventes por grama de biomassa; tempos de ultrassom de 50 ou 70 minutos mostraram-se adequados para obtenção dos maiores teores lipídicos. O material lipídico extraído das três espécies revelou-se promissor como matéria-prima para a produção de biodiesel, com conversões de até 94,5%, via catálise ácida, após um tempo de reação de 5 horas a 80ºC e também rico em ácidos graxos essenciais, principalmente os ácidos linoleico e ?-linolênico. A composição em ácidos graxos das três espécies foi comparada com outras espécies do mesmo gênero, e diferentes meios de cultivo, mostrando a influência do cultivo sem injeção de dióxido de carbono, que favorece a síntese de ácidos graxos poli-insaturados. O método de Taguchi foi o diferencial por permitir a avaliação conjunta de todas as variáveis, contribuindo para encontrar os melhores ajustes em menor tempo, ressaltando o ineditismo deste trabalho de pesquisa. / This work aimed to study four factors that influence in the process of lipids extraction in the biomass from three marine microalgae species: Chlorella minutíssima, Dunaliella salina and Nannochloropsis gaditana. These factors were: biomass\' moisture, solvents\' ratio, solvents\' total volume and ultrasonic time, which were set at three different levels and observed simultaneously in a Taguchi orthogonal arrangement. The first objective of this study was to find the simultaneous adjustment provider of higher percentage of lipids. Three different humidity levels were investigated in biomass: 64%, 72% and 80%. The extraction of lipids of microalgal biomass with high moisture content allows great savings of time and energy that would be consumed in the drying process before the extraction if only dry biomass was demanded. Regarding the proportion between solvents and the total volume of solvents, we looked for to find the optimal amounts of each of the employed solvent: chloroform, methanol and water, which contribute to cell lysis and more efficient lipids sequestration. The fourth variable as a catalyst cellular lysis process, ultrasound time was checked. The method comprised controlled hydration of the biomass followed by extraction, where a ternary system formed with subsequent separation into two phases, with lipids dissolved in the organic phase. Besides determining the best extraction condition, this work had as objective verifying the potential of the lipid material to conversion into ethyl esters, aiming at the production of biodiesel and the composition of fatty acids, evaluating its potential for nutraceutical application as a source of essential fatty acids. The best extraction condition employed 64% humidity biomass, ratio of 5,7/3/1 chloroform/methanol/water, 33 mL solvents/gram, ultrasound times of 50 or 70 minutes were adequate to obtain the highest lipid contents. The lipid material extracted from the three species proved promising as raw material for biodiesel production, with conversions up to 94.5%, via acid catalysis, after a reaction time of 5 hours at 80ºC and also rich in essential fatty acids, especially linoleic and ?-linolenic acids. The fatty acid composition of the three species was compared to other species of the same genus and different culture media, showing the influence of the culture without injection of carbon dioxide, which favors the synthesis of polyunsaturated fatty acids. Taguchi method was the differential for allowing the joint evaluation of all the variables, contributing to find the best adjustments in a shorter time, highlighting the novelty of this research work.

La production de microalgues en hétérotrophie présente plusieurs avantages pour la production de biocarburants par rapport à la production autotrophe, comme une productivité plus importante en termes de biomasse et de lipides. Cependant, le développement industriel de ce procédé est limité par les coûts de productions associés au substrat organique (i.e. glucose) et à ceux liés à la stérilisation des fermenteurs. Les effluents de fermentation sombre, composés principalement d’acétate et de butyrate, pourraient être utilisés comme milieux de culture peu onéreux pour la culture hétérotrophe ou mixotrophe de microalgues. Les objectifs de cette thèse étaient i) de mieux appréhender la croissance algale sur des mélanges variés d’acétate et de butyrate en fonction de la présence ou l’absence de lumière et de la température de croissance et ii) d’évaluer la faisabilité d’utiliser des effluents de fermentation non stérilisés pour soutenir la croissance de microalgues oléagineuses. Tout d’abord, un modèle basé sur des bilans de masse a été construit afin de caractériser la croissance hétérotrophe de Chlorella sorokiniana et Auxenochlorella protothecoides (taux de croissance et rendements) sur des mélanges d’acétate et de butyrate. Les résultats ont montré que le rapport acétate:butyrate et la concentration en butyrate étaient deux paramètres clés pour soutenir la croissance hétérotrophe. Puis, il a été démontré que la présence de lumière et l’utilisation d’une température suboptimale (30 °C) pour la croissance algale permettaient de réduire l’inhibition du butyrate en permettant une production de biomasse autotrophe ou en améliorant la croissance sur acétate. Enfin, il a été montré que les microalgues peuvent être compétitives sur l’acétate lors de la croissance sur des effluents bruts de fermentation sombre en présence de bactéries fermentaires, grâce à la croissance rapide des microalgues sur acétate (1.75 j-1) et à un changement drastique des conditions de culture peu favorables à la croissance des bactéries d’origine fermentaire. / Growing microalgae in heterotrophic mode present several advantages over autotrophic mode such as a higher productivity in terms of biomass and lipids for biofuels production. Nevertheless, this process is limited by the production cost associated with the organic substrate (i.e. glucose) and fermenters sterilization costs. Dark fermentation effluents, mainly composed of acetate and butyrate, could be used as a low-cost medium to grow microalgae heterotrophically or mixotrophically. The aims of this PhD were i) to optimize microalgae growth on various mixtures of fermentations metabolites using the presence or absence light and different cultivation temperatures and ii) to assess the feasibility of using unsterilized fermentation effluents. First, a model based on mass balance was built to characterize heterotrophic growth rates and yields when Chlorella sorokiniana and Auxenochlorella protothecoides were supplemented with different mixtures of acetate and butyrate. Results showed that the acetate:butyrate ratio and the butyrate concentration per se were two key parameters for promoting heterotrophic growth. Then, further studies showed that the presence of light and the use of suboptimal temperature (30 °C) could reduce the butyrate inhibition on growth by either triggering autotrophic production of biomass or enhancing growth on acetate. Finally, it was shown that microalgae could outcompete fermentation bacteria for acetate when growing on raw dark fermentation effluents, thanks to a fast algal growth on acetate (1.75 d-1) and a drastic change of culture conditions to the detrimental of bacterial growth.

Atualmente, as microalgas têm se mostrado uma matéria prima de interesse para a produção de biocombustíveis, por ser uma fonte renovável, não poluente e por não competir em áreas de cultivos de alimentos. No entanto, há a necessidade de se explorar fatores e metodologias na produção de biodiesel de microalgas para que o processo seja viabilizado. Este estudo buscou potencializar o processo de transesterificação direta (extração e reação simultaneamente) da biomassa da microalga Chlorella minutíssima para a produção de ésteres etílicos brutos tendo em vista a produção de biodiesel. O processamento direto (in situ) investigou separadamente o uso da biomassa seca e úmida, sob os efeitos dos fatores etanol, clorofórmio e ácido como catalisador. A metodologia de Taguchi foi utilizada como planejamento de experimentos para potencializar a conversão e rendimento mássico em ésteres etílicos. A partir da biomassa seca, analisadas as razões de etanol/biomassa de 100, 50, 25 e 10 mL/g teve a maximização dos resultados utilizando 25 mL de etanol (86,16% em massa com 96% de conversão) e 50 mL de etanol (104% em massa com 88% de conversão), ambas, com 5 mL de clorofórmio e 1mL de ácido sulfúrico por grama de biomassa. Posteriormente, com a inclusão dos catalisadores ácidos HCl e H2SO4 como variável, investigou-se o a reação de transesterificação in situ a partir da biomassa úmida (84% em base seca). Ambos ácidos demonstraram não ter efeito sobre as repostas. A maximização tanto do rendimento mássico quanto da conversão (131,5% em massa com 84% de conversão), bem como produzir a maior quantidade de ésteres com a menor uso de reagentes, utiliza a concentração do ácido a 0,6 mol/L, 25 mL de etanol e proporção de 1:10 de clorofórmio. Tanto a partir da biomassa seca quanto a partir da biomassa úmida, a metodologia de Taguchi foi capaz de determinar os melhores ajustes das condições reacionais para a síntese de ésteres etílicos brutos sem a necessidade de aplicar condições reacionais limitadas pela construção ou segurança do projeto como irradiação de micro-ondas ou condições supercríticas. / Currently, microalgae are considered an interest feedstock for the biofuel production, since they correspond to a renewable and non-polluting source, not competing with food crops areas. However, there is a need to explore factors and methodologies in the production of microalgae biodiesel to enable the process. This study aimed to enhance the direct transesterification process (simultaneous extraction and reaction) of the Chlorella minutíssima microalgae for the crude ethyl esters production in order to produce biodiesel. The direct processing (in situ) was investigated separately dry and wet biomass use under the effects of ethanol, chloroform and acid as a catalyst. The Taguchi methodology (design of experiments) was used to increase conversion and ethyl esters mass yields. The ethanol ratios 100, 50, 25 and 10 mL/g were analyzed from dry biomass. The results were maximized using 25 mL of ethanol (86.16% by mass with 96% conversion) and 50 mL (104% by mass with 88% conversion) with 5 mL of chloroform and 1 mL of sulfuric acid per gram of biomass. Subsequently, with the inclusion of acid catalysts HCl and H2SO4 as a variable, the in situ transesterification reaction of wet biomass (84% on dry basis) was investigated. In both cases, the acids showed no effect on the responses. Mass yield and conversion were maximized (131.5% by mass with 84% conversion), as the highest number of esters with the lowest use of reagents, take 0.6 mol/L acid concentration, 25 mL ethanol and 1:10 chloroform ratio. Taguchi methodology was able to determine the best reaction conditions adjustments for crude ethyl esters synthesis from dry biomass and wet biomass were met without the need to apply reaction conditions limited by the construction or project safety, as microwave irradiation or supercritical conditions.

O presente trabalho avaliou a influência de quatro fatores no processo de extração dos lipídios da biomassa de três microalgas marinhas: Chlorella minutíssima, Dunaliella salina e Nannochloropsis gaditana. Estes fatores foram: a umidade da biomassa, a proporção entre os solventes, o volume total de solventes e o tempo de ultrassom, estabelecidos em três diferentes níveis e verificados simultaneamente em diferentes combinações, em um arranjo ortogonal de Taguchi. O objetivo primeiro deste estudo simultâneo foi encontrar o ajuste fornecedor da maior porcentagem de lipídios. Três diferentes níveis de umidade foram investigados na biomassa: 64%, 72% e 80%. A extração de lipídios da biomassa microalgal com elevado teor de umidade permite grande economia de tempo e energia, que seriam consumidos no processo de secagem, caso o processo de extração exigisse somente biomassa seca. Quanto à proporção entre os solventes e ao volume total de solventes, buscou-se encontrar as quantidades ideais de cada um dos solventes empregados: clorofórmio, metanol e água, que contribuem para a lise celular e o sequestro mais eficiente dos lipídios. A quarta variável, o tempo de ultrassom, foi verificado por ser um catalisador do processo de lise celular. O estudo dessas variáveis visou não somente melhorar a eficácia da extração, mas economizar tempo de processo e energia. O processo compreendeu a hidratação controlada da biomassa, seguido da extração propriamente dita, onde um sistema ternário formou-se com a separação posterior em duas fases distintas, com os lipídios dissolvidos na fase orgânica. Além de determinar a melhor condição de extração, este trabalho verificou o potencial do material lipídico das três espécies à conversão em ésteres de etila, visando a produção de biodiesel e a composição em ácidos graxos, avaliando seu potencial à aplicação nutracêutica, como fonte de ácidos graxos essenciais. A melhor condição de extração resultou de uma biomassa com 64% de umidade, proporção de 5,7 de clorofórmio para 3,0 de metanol e 1,0 de água em um volume total de 33 mL de solventes por grama de biomassa; tempos de ultrassom de 50 ou 70 minutos mostraram-se adequados para obtenção dos maiores teores lipídicos. O material lipídico extraído das três espécies revelou-se promissor como matéria-prima para a produção de biodiesel, com conversões de até 94,5%, via catálise ácida, após um tempo de reação de 5 horas a 80ºC e também rico em ácidos graxos essenciais, principalmente os ácidos linoleico e ?-linolênico. A composição em ácidos graxos das três espécies foi comparada com outras espécies do mesmo gênero, e diferentes meios de cultivo, mostrando a influência do cultivo sem injeção de dióxido de carbono, que favorece a síntese de ácidos graxos poli-insaturados. O método de Taguchi foi o diferencial por permitir a avaliação conjunta de todas as variáveis, contribuindo para encontrar os melhores ajustes em menor tempo, ressaltando o ineditismo deste trabalho de pesquisa. / This work aimed to study four factors that influence in the process of lipids extraction in the biomass from three marine microalgae species: Chlorella minutíssima, Dunaliella salina and Nannochloropsis gaditana. These factors were: biomass\' moisture, solvents\' ratio, solvents\' total volume and ultrasonic time, which were set at three different levels and observed simultaneously in a Taguchi orthogonal arrangement. The first objective of this study was to find the simultaneous adjustment provider of higher percentage of lipids. Three different humidity levels were investigated in biomass: 64%, 72% and 80%. The extraction of lipids of microalgal biomass with high moisture content allows great savings of time and energy that would be consumed in the drying process before the extraction if only dry biomass was demanded. Regarding the proportion between solvents and the total volume of solvents, we looked for to find the optimal amounts of each of the employed solvent: chloroform, methanol and water, which contribute to cell lysis and more efficient lipids sequestration. The fourth variable as a catalyst cellular lysis process, ultrasound time was checked. The method comprised controlled hydration of the biomass followed by extraction, where a ternary system formed with subsequent separation into two phases, with lipids dissolved in the organic phase. Besides determining the best extraction condition, this work had as objective verifying the potential of the lipid material to conversion into ethyl esters, aiming at the production of biodiesel and the composition of fatty acids, evaluating its potential for nutraceutical application as a source of essential fatty acids. The best extraction condition employed 64% humidity biomass, ratio of 5,7/3/1 chloroform/methanol/water, 33 mL solvents/gram, ultrasound times of 50 or 70 minutes were adequate to obtain the highest lipid contents. The lipid material extracted from the three species proved promising as raw material for biodiesel production, with conversions up to 94.5%, via acid catalysis, after a reaction time of 5 hours at 80ºC and also rich in essential fatty acids, especially linoleic and ?-linolenic acids. The fatty acid composition of the three species was compared to other species of the same genus and different culture media, showing the influence of the culture without injection of carbon dioxide, which favors the synthesis of polyunsaturated fatty acids. Taguchi method was the differential for allowing the joint evaluation of all the variables, contributing to find the best adjustments in a shorter time, highlighting the novelty of this research work.

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.

Dans le cadre de la conservation du patrimoine, les micro-organismes se développant sous forme de biofilm sont souvent considérés comme des agents entraînant des problèmes esthétiques et de détérioration du support colonisé. L’objectif général de cette thèse est l’utilisation de la lumière UV-C comme méthode de traitement des biofilms. Dans le but de comprendre la diversité des biofilms, les communautés bactériennes, fongiques et des protistes autotrophes ont été étudiées à l’aide d’une technique de séquençage haut débit. Puis, afin de comprendre les effets des UV-C sur les micro-algales (Chlorella sp.), des essais en laboratoire ont permis de caractériser les réponses physiologiques algales (mort cellulaire, dégradation de la chlorophylle, état de photosystème II, etc.) suite à différents traitements aux UV-C. Tous les dommages observés au niveau cellulaire et moléculaire (dont la mort cellulaire et le « bleaching » de la chlorophylle) ont permis d’optimiser la méthode de traitement. Dans le but de s’assurer de l’innocuité du traitement aux UV-C sur le support des biofilms (peintures pariétales), des pigments et des liants, utilisés à la préhistoire, ont été fortement irradiés. Les résultats ont montré que les composés inorganiques sont insensibles aux UV-C au contraire des molécules organiques. Enfin, le traitement UV-C a démontré son efficacité dans une grotte touristique en permettant d’éradiquer tous les biofilms. De plus, aucune recolonisation n’a été observée deux ans après le traitement, démontrant que la lumière UV-C est le traitement le plus écologique à ce jour. / Development of biofilm on monument heritage are often considered as agents leading to aesthetic issues and biodeterioration of their support. The aim of this study is the use of UV-C light as alternative treatment against Lampenflora. Bacterial, algal and fungal communities were studied using new generation sequencing approach. Following UV-C treatments, physiological responses of Chlorella sp. were studied in laboratory (cell death, chlorophyll degradation, photosystem II status, etc.). Damages at cellular and molecular levels (cell death, bleaching of the chlorophyll) were taken into consideration to optimize the UV-C treatment. Then, to ensure the safety of UV-C for biofilms support (parietal paintings), several pigments and binders, used by prehistoric human, were highly irradiated. The results showed that UV-C radiations were not deleterious for inorganic compounds, while a color change was observed on organic binders. Finally, UV-C treatment has proven its effectiveness in La Glacière show cave by eradicating all biofilms. In addition, no recolonization was observed two years after treatment, showing that this treatment, which is the most environmental friendly to date, is effective over time.

Made available in DSpace on 2016-06-02T18:55:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4151.pdf: 927553 bytes, checksum: 064b20beb733cd6507b60f122733aee7 (MD5) Previous issue date: 2012-03-08 / Financiadora de Estudos e Projetos / ABSTRACT Microalgae include both algae Chlorophycea and cyanobacteria. These organisms have attracted interest due to its versatile metabolism, since some strains have, additionaly to photosynthetic metabolism, hability to grow in the dark by the consumption of simple organic molecules, such as glucose, acetate and glycerol. This hability suggests the application of these microorganisms in several areas, such as biological treatment of agroindustrial wastewater, aiming the removal of nutrients and organic matter. São Paulo/Brazil is one of the main producers of ethanol from sugarcane, generating a considerable amount of vinasse. Vinasse represents the main wastewater from de sugarcane agroindustry, being usually applied as fertigation in sugarcane crops. In this context, this study aimed to evaluate the heterotrophic growth of cyanobacterium Aphanothece microscopica Nägeli and the chlorophyceae Chorella vulgaris in synthetic culture media supplemented with organic carbon source and in vinasse, aiming to produce biomass and application it in wastewater treatment. Mixotrophic cultures were conducted to select the optimal concentration of organic substrate for the growth of microalgae, which were evaluated in heterotrophic cultures. Additionally, experiments have been conducted with pre-treated vinasse, evaluating the COD removal and the glucose and potassium incorporation. By the mixotrophic tests was selected the optimal concentrations of 25 and 12.5 g.L-1 glucose, 0.5 and 1.25 g.L-1 potassium acetate and 0.46 and 0.92 g.L-1 glycerol as ideal for the cultivation of Aphanothece microscopica Nägeli and Chlorella vulgaris, respectively, which reflected on the maximum specific growth rate between 0.0072 and 0.043 h-1. In the heterotrophic cultures the maximum specific growth rate was greater or equal to both microalgae in all carbon sources, with reduction between 30.4 and 90% of the initial concentrations of substrates. The experiments demonstrated possibility to use vinasse as culture media for both microalgae, especially Aphanothece microscopica Nägeli. In this conditions, results indicated the maximum removals of glucose (55.5%), COD (60.8%) and potassium (13%) by the cianobacterium, and 83.7% of glucose, 25% of COD and 13.8% of potassium by Chlorella vulgaris. The results suggest the heterotrophic metabolism for both microorganisms, pointing an interesting alternative to use of wastewater as culture media to produce high-value biomass from a low-cost way. / O termo microalga inclui tanto algas clorofíceas quanto cianobactérias. Recentemente estes micro-organismos têm despertado interesse devido ao seu metabolismo versátil, uma vez que algumas linhagens apresentam, além da fotossíntese como modelo de cultivo preferencial, a capacidade de desenvolverem-se no escuro a partir do consumo de moléculas orgânicas simples, tais como glicose, acetato e glicerol. Esta habilidade sugere a aplicação destes micro-organismos em diversas áreas, como o tratamento biológico de águas residuárias agroindustriais, visando a remoção de nutrientes e matéria orgânica. Apesar disso, são raros os trabalhos na literatura que avaliam o cultivo heterotrófico e o consumo ou incorporação de moléculas orgânicas por microalgas ou cianobactérias. O Estado de São Paulo responde por grande parte da produção nacional de etanol a partir da cana-de-açúcar, gerando uma quantidade considerável de vinhaça. A vinhaça é a principal água residuária do setor sucroenergético, sendo normalmente aplicada nos canaviais como fertirrigação. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi estender os estudos a respeito do cultivo mixotrófico e heterotrófico da cianofícea Aphanothece microscopica Nägeli e da clorofícea Chlorella vulgaris em meios com adição de fontes de carbono orgânico e em vinhaça, visando a produção de biomassa e aplicação no tratamento de águas residuárias. Ensaios mixotróficos foram conduzidos visando selecionar a concentração ideal de substrato orgânico para o cultivo das microalgas, as quais foram posteriormente avaliadas em sistemas heterotróficos. Paralelamente foram conduzidos ensaios com vinhaça, avaliando-se a remoção de DQO e incorporação de glicose e potássio pelas microalgas. Dos ensaios mixotróficos foram selecionadas as concentrações ótimas de 25 e 12,5 g.L-1 de glicose, 0,5 e 1,25 g.L-1 de acetato de potássio e 0,46 e 0,92 g.L-1 de glicerol como ideais para o cultivo de Aphanothece e Chlorella, respectivamente, refletindo em velocidades específicas de crescimento entre 0,0072 e 0,043 h-1. Nos ensaios heterotróficos verificaram-se velocidades específicas de crescimento iguais ou superiores para ambas as microalgas em todas as fontes de carbono avaliadas, com reduções entre 30,4 e 90% da concentração inicial dos substratos. Os ensaios com vinhaça demonstraram a possibilidade de utilização desta água residuária como meio de cultivo para ambas as microalgas, com alta conversão em biomassa pela Aphanothece. Nestas condições, verificaram-se remoções de 55,5% de glicose, 60,8% de DQO e 13% de potássio para a cianobactéria, e de 83,7% de glicose, 25% de DQO e 13,8% de potássio para Chlorella. Os resultados obtidos sugerem a presença do metabolismo heterotrófico nestes microorganismos e apontam uma alternativa interessante para o aproveitamento de águas residuárias, com a possibilidade de produzir biomassa de alto valor agregado a partir de um meio de baixo custo.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:22:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5474.pdf: 2975915 bytes, checksum: e9d30ed81c2e8431af179d83ebf62b96 (MD5) Previous issue date: 2013-05-10 / Universidade Federal de Sao Carlos / Lead acetate (Pb) is a nonessential and highly toxic heavy metal which is released to the environment by several routes, mainly by industrial and mining activities. Recent studies have suggested that lead caused a decrease in femur strength of adult rats. A wide range of chelating has been evaluated as possible protective agents against lead acetate toxicity. Dissodium ethylenediaminetetraacetate (Na2EDTA) is the chelating agent most widely used in the treatment of Pb poisoning. The chelating therapy with EDTA might induce Pb mobilization from inert deposition organs toward such critical tissues as the brain. But, it is questioned the safety of the use of this compound in the management of Pb poisoning. The lack of safety and efficacy demonstrated by conventional chelating has encouraged the search for new ways to remove heavy metals from the body. Recently, a supplementation of Chlorella vulgaris extract (CV) was shown to alleviate the heavy metals toxicity in rats. The aim of this study was to evaluate possible protective influence of Chlorella and Na2EDTA supplementation on bone physical and biomechanical properties of rats exposed to lead acetate. For this purpose, male Wistar rats were distributed into eight groups (n=8): Control (0.9% saline 0.1 ml/100g body weight- BW), EDTA (150 mg/Kg BW), CV 50 (50 mg/Kg BW), CV 250 (250 mg/Kg BW), Pb (250 mg/Kg BW), Pb (250 mg/Kg BW) plus EDTA (150 mg/Kg BW), Pb (250 mg/Kg BW) plus CV 50 (50 mg/Kg BW) and Pb (250 mg/Kg BW) plus CV 250 (250 mg/Kg BW). The treatment was done once a week, for 8 weeks by gastric gavage. Bone volume, bone mineral density (BMD) and biomechanical properties (maximum load, resilience and stiffness) of the femoral diaphysis and 5th lumbar vertebra were examined. The biomechanical properties of femurs were obtained by the three-points bending test and compression test for vertebrae, using a universal test machine Instron, model 4444. Bone MMP-2 activitie was measured by gelatin zymography. Concentrations of lead and zinc in whole blood and lead, zinc, calcium and magnesium in the left femur and 4th lumbar vertebra were determined by ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry). Exposure to 250 mg/kg BW of Pb caused significant reduction of maximum load, stiffness and resilience indicating the ability of this element to damage the quality of bone tissue. In the 5th lumbar vertebrae, exposure to Pb caused significant reduction of bone mineral density. The treatment with Chlorella vulgaris (50 mg/kg BW and 250 mg/Kg BW) and EDTA (150 mg/Kg BW) during Pb exposure prevented the weakening of the bone strength. In the 5th lumbar vertebrae, the CV and EDTA prevented the reduction of bone mineral density due to Pb. The pro, intermediate and active MMP-2 activity in bone of animals exposed to lead showed a significant increase compared to control. The CV 50 administration in animals exposed to lead reduced the activity of MMP-2 isoforms in their pro, intermediate and active levels compared to control group. The exposure to Pb resulted in an increase of the blood concentration of this heavy metal and its accumulation in the liver, kidney, brain and bone concentration. The CV and EDTA reduced blood lead concentrations, leading to reduction of lead concentration in liver, kidney, brain and bone. These findings seem to indicate that treatment with Chlorella vulgaris and EDTA during exposure to Pb may be beneficial for the skeleton of subjects chronically exposed to Pb. / O chumbo, um metal não-essencial e altamente tóxico, é liberado no ambiente por diversas vias, principalmente através da atividade industrial e mineração. Estudos recentes sugerem que o acetato de chumbo causa redução da resistência óssea em ratos. Uma grande variedade de quelantes tem sido usada como possíveis agentes protetores contra a toxicidade provocada pelo acetato de chumbo. Etilenodiaminotetraacetato Cálcico Dissódico (EDTA) é o agente quelante mais usado no tratamento do envenenamento por chumbo. A terapia quelante com EDTA pode induzir redistribuição do chumbo endógeno e sua deposição em órgãos críticos, tal como o cérebro. Entretanto, é questionada a segurança do uso deste composto no tratamento do envenamento com chumbo. A falta de segurança e eficácia demonstrada pelos quelantes convencionais tem encorajado pesquisas por novas maneiras de remover metais tóxicos do organismo. Recentemente, uma suplementação com Extrato de Chlorella vulgaris (CV) mostrou aliviar a toxicidade de metais tóxicos em ratos. O objetivo deste estudo foi avaliar a possível influência protetora da suplementação com Chlorella e Na2EDTA sobre as propriedades físicas e biomecânicas ósseas de ratos expostos ao acetato de chumbo. Para este propósito, ratos Wistar foram distribuídos em oito grupos (=8): Controle (0,9% salina 0,1 ml/100g massa corporal - MC), EDTA (150 mg/Kg MC), CV 50 (50 mg/Kg MC), CV 250 (250 mg/Kg MC), Pb (250 mg/Kg MC), Pb (250 mg/Kg MC) mais EDTA (150 mg/Kg MC), Pb (250 mg/Kg MC) mais CV 50 (50 mg/Kg MC) e Pb (250 mg/Kg MC) mais CV 250 (250 mg/Kg MC). O tratamento foi realizado uma vez por semana, durante 8 semanas por gavagem gástrica. Volume ósseo, densidade mineral óssea (DMO) e densidade óssea (DO) e propriedades biomecânicas (força máxima, rigidez e resiliência) da diáfise femoral e das quintas vértebras lombares foram examinados. As propriedades biomecânicas dos fêmures foram obtidas pelo teste de flexão a três pontos e das vértebras pelo teste de compressão, usando uma máquina universal Instron 4444. A atividade de MMP-2 óssea foi mensurada por zimografia de gelatina. Foram também realizadas as análises das concentrações de Pb e Zn no sangue, fígado, rim, cérebro e ossos e das concentrações de Ca e Mg nos fêmures e vértebras determinadas por Espectometria de Emissão Atômica. A exposição ao Pb, na dose de 250 mg/Kg MC causou redução significativa da força máxima, rigidez e resiliência dos fêmures, indicando a habilidade deste elemento em prejudicar a qualidade do tecido ósseo. Nas vértebras, a exposição ao chumbo causou redução da densidade mineral óssea. O tratamento com Chlorella vulgaris (50 mg/kg MC e 250 mg/Kg MC) ou EDTA (150 mg/Kg MC) durante exposição ao chumbo, preveniu o enfraquecimento da resistência óssea dos fêmures. Na vértebra, o tratamento com Chlorella vulgaris (50 mg/kg MC e 250 mg/Kg MC) ou EDTA (150 mg/Kg MC) preveniu a redução da densidade mineral óssea. A atividade da MMP-2 pro, intermediária e ativa aumentaram nos ossos de animais expostos ao chumbo quando comparada ao controle. A administração de CV 50 aos animais expostos a este metal reduziu a atividade da MMP-2 nas suas isoformas pro, intermediária e ativa a níveis comparados ao controle. A exposição ao chumbo resulta em aumento da concentração de chumbo sanguínea e sua acumulação no fígado, rim, cérebro e ossos. O tratamento com CV ou EDTA reduziu as concentrações sanguíneas de chumbo, levando à redução da concentração de chumbo nos diversos órgãos estudados (fígado, rim, cérebro e ossos). Os resultados indicam que o tratamento com Chlorella vulgaris e EDTA durante a exposição ao chumbo pode ser benéfico ao osso de indivíduos expostos cronicamente ao acetato de chumbo.