Microalgas são microrganismos fotossintéticos, capazes de sintetizar uma ampla gama de produtos dependendo de sua rota metabólica. A produção de microalgas envolve as etapas de cultivo, recuperação da biomassa e obtenção dos produtos intracelulares, sendo a etapa de recuperação de biomassa um gargalo da produção. No presente estudo foi avaliado a concentração e purificação de biomassa de duas espécies de microalgas, Chlorella sp. e Dunaliella tertiolecta, através da microfiltração tangencial, nos seguintes modos de operação: reciclo total, batelada e batelada combinada com diafiltração. Também foi avaliada a disponibilidade de reuso do permeado como meio de cultivo para as microalgas. No modo de reciclo total foram testadas quatro pressões transmembranas (PTM) para Chlorella sp. e cinco pressões transmembranas para D. tertiolecta em duas velocidades tangenciais para determinação das melhores condições operacionais para as etapas posteriores de concentração e purificação, considerando o efeito dessas condições de operação sobre a integridade celular. A velocidade selecionada foi 0,6 m s-1 para o processamento das duas suspensões de microalgas e a PTM de 0,5 bar para Chlorella sp. e de 0,15 bar para D. tertiolecta. As análises de microscopia ótica, microscopia eletrônica de transmissão e na câmara Neubauer não demostraram um efeito significativo do sistema de MF sobre a estrutura celular de Chlorella sp., entretanto, para D. tertiolecta, as análises mostraram a necessidade de operar o sistema em PTM de 0,15 bar. Foi observado um baixo percentual médio de fouling, sendo de 16 % para Chlorella sp. e 6 % para D. tertiolecta para as duas velocidades tangenciais testadas. A resistência da membrana foi elevada quando comparada com a resistência devido ao fouling de ambas as suspensões de microalgas. Em modo batelada, observou-se em todos os experimentos, a completa retenção das células de microalgas pela membrana de microfiltração. O fator de concentração volumétrico médio foi de 2,6 para a suspensão de Chlorella sp. e 2,5 para a de D. tertiolecta. Na operação do sistema em modo diafiltração foi possível reduzir o teor salino em 42 % para o concentrado da Chlorella sp. e 38 % para o concentrado de D. tertiolecta. O modelo de Hermia modificado por Field foi utilizado em software EMSO para a determinação dos mecanismos de fouling, e concluiu-se que a formação de torta foi o mecanismo de fouling dominante em filtração de Chlorella sp.. Para D. tertiolecta, todos os mecanismos se ajustaram bem aos dados experimentais, indicando que os mesmos ocorreram simultaneamente. Foram propostos dois tipos de meio de cultura para o reuso da corrente de permeado: o permeado simples e o permeado enriquecido com a adição de micronutrientes. Foi possível verificar a utilização do permeado como meio de cultivo, principalmente para o cultivo de D. tertiolecta; o permeado com adição de micronutrientes apresentou maior capacidade de crescimento que o meio padrão para esta microalga. No cultivo da Chlorella sp., a concentração de biomassa alcançada utilizando o permeado simples e enriquecido foi inferior a concentração de biomassa em meio de cultivo padrão. Os resultados obtidos neste trabalho comprovaram que o processo de microfiltração apresenta-se como uma alternativa promissora na etapa de concentração e purificação de suspensões de microalgas; além disso, a corrente de permeado gerada pode ser utilizada como meio de cultivo, garantindo, desta forma, um menor consumo de água e nutrientes, melhorando a viabilidade econômica do processo. / Microalgae are photosynthetic organisms with simple structures and capable to synthesize a wide range of products depending on their metabolic route. The production of microalgae comprises the steps of cultivation, biomass recovery and extraction of intracellular products, being the stage of biomass recovery a production bottleneck. In the present study was evaluated the concentration and purification of biomass of two species of microalgae, Chlorella sp. and Dunaliella tertiolecta, by crossflow microfiltration, in the following modes of operation: total recycling, batch and batch combined with diafiltration. It was also assessed the availability of the reuse the permeate as medium for microalgae cultivation. In total recycling mode were tested four different transmembrane pressures (TMP) for Chlorella sp. and five transmembrane pressures for D. tertiolecta in two crossflow velocities to determine the proper operating conditions for the stages of concentration and purification, considering the effect of operating conditions on the cellular integrity. The selected crossflow velocity was 0.6 m s-1 for processing the two suspensions of microalgae and TMP of 0.5 bar for Chlorella sp. and 0.15 bar for D. tertiolecta. The analyses of optical microscopy, transmission electron microscopy and the Neubauer chamber demonstrated no significant effect of the operating conditions of the MF system on the cellular structure of Chlorella sp., however, for D. tertiolecta, the analysis showed the need to operate the system at lower TMP of 0.15 bar. The average percentage of fouling observed was 16 % for Chlorella sp. and 6 %. for D. tertiolecta for both crossflow velocities tested. The resistance of the membrane was elevated when compared with the resistance due to fouling for both suspensions of microalgae. In batch mode, it was observed, for all the experiments, complete retention of microalgal cells by microfiltration membrane. The average volumetric concentration factor was 2.6 for the suspension of Chlorella sp. and 2.5 for D. tertiolecta. In the operation of the system in diafiltration mode was possible to reduce the the salt content in 42 % for the Chlorella sp. and 38 % for D. tertiolecta. The model of Hermia model was used in software EMSO for the determination of fouling mechanisms, and it is concluded that the cake formation was the dominant fouling in the filtration of Chlorella sp.. For D. tertiolecta, all the mechanisms adjusted well to the experimental data, demonstrating that all mechanisms occurred simultaneously. Were proposed two different culture mediums for the reuse of the permeate stream: the plain permeate and the permeate enriched with micronutrients. It was possible to verify the ability of the permeate as cultivation medium, mainly for the D. tertiolecta; in this case, the permeate enriched with micronutrients presented greater capacity for growth when compared with the standard medium. On the other hand, for the cultivation of Chlorella sp., the biomass concentration achieved using both, the plain permeate and the enriched one was less than that achieved using the standard medium. The results obtained in this work proved that the microfiltration process is a promising alternative for the concentration and purification of suspensions of microalgae. In addition, the permeate stream generated could be used as a growth medium, ensuring thereby a less consumption of water and nutrients, improving the economic viability of the process.

ANDRADE, Leilamara do Nascimento. Utilização da vinhaça como meio de cultivo para a microalga Chlorella sp e para cianobactéria Spirulina platenis. 2010. 49 f. : Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Departamento de Engenharia de Pesca, Fortaleza-CE, 2010 / Submitted by Nádja Goes (nmoraissoares@gmail.com) on 2016-07-19T12:29:36Z No. of bitstreams: 1 2010_dis_lnandrade.pdf: 943668 bytes, checksum: 7be492209cbd6b250386697fb08d9c7b (MD5) / Approved for entry into archive by Nádja Goes (nmoraissoares@gmail.com) on 2016-07-19T12:29:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_dis_lnandrade.pdf: 943668 bytes, checksum: 7be492209cbd6b250386697fb08d9c7b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-19T12:29:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_dis_lnandrade.pdf: 943668 bytes, checksum: 7be492209cbd6b250386697fb08d9c7b (MD5) Previous issue date: 2010 / Vinhaça is the residue obtained after the fractionated distillation of sugar cane and is characterized for presenting in its composition a high content of organic substances becoming a preoccupying pollutant agent, since it can modify the characteristics of the ground, subterranean and superficial waters. However, vinhaça possess a great value as fertilizing and it is already used in the proper sugar cane farmings and can also be used as culture medium for other organisms. The current work had as objective to evaluate the culture of the micro algae Chlorella sp in different concentrations of vinhaça, as well as to extract the oil of the produced biomass. Vinhaça was gotten of a sugar cane industry of the Ceará State, where it is stored in tanks of accumulation, while the micro algae Chlorella sp was isolated from cultures of the cianobacterium Spirulina (Arthrospira) platensis. Culture mediums were prepared with the concentrations of 0.13; 0.16; 0.20; 0.23; 0.27; 0.30; 0.60 and 0.70% of vinhaça diluted in water containing 10 g L-1 sodium bicarbonate. For the determination of the frequency of vinhaça use in the culture medium, it was administered daily, in alternating days and to each two days, using a 0,87% concentration. The micro algae population growth curves were obtained through the cellular counting in Newbauer chamber and the equations were adjusted by the polynomial function of Origin 6.0 software. The results showed that Chlorella sp presented a better development with vinhaça 0,2% administered to the culture medium in alternating days. The reduction of the bicarbonate concentration to 5 g L-1 resulted in death of the culture due the culture medium acidification. The algal biomass attainment by flocculation with NaOH 2N was not so efficient due to the high culture medium pH and it was obtained an income of only 0,08 g L-1. On the other hand, the dry biomass presented a high content of total oils reaching 17%. In such a way, Chlorella sp micro algae presents a great potential to use vinhaça as the main nutrient of the culture medium and due to the great availability of salty and brackish water in the Ceará State, a large scale production of this micro algae could be used for the treatment of this effluent although it is necessary an economical analyses of the other required nutrients costs / A vinhaça é o resíduo obtido após a destilação fracionada da cana-de-açúcar e caracteriza-se por apresentar em sua composição uma alta carga de matéria orgânica tornando-se um agente poluente e de caráter preocupante, visto que pode modificar as características do solo, poluir lençóis freáticos e águas superficiais. No entanto, a vinhaça possui um grande valor como fertilizante e já é utilizada nas próprias lavouras de cana-de-açúcar, podendo servir como meio de cultura para vários organismos. O atual trabalho teve como objetivo avaliar o cultivo da microalga Chlorella sp em diferentes concentrações de vinhaça, bem como extrair os lipídios da biomassa produzida. A vinhaça foi obtida de uma indústria de cana-de-açúcar do Estado do Ceará, onde é armazenada em tanques de acumulação, enquanto a microalga Chlorella sp foi isolada de cultivos da cianobactéria Spirulina (Arthrospira) platensis. Foram preparados meios de cultivo com as concentrações de 0,13; 0,16; 0,20; 0,23; 0,27; 0,30; 0,60 e 0,70% de vinhaça diluída em água contendo 10 g L-1 de bicarbonato de sódio. Para a determinação da frequência de utilização da vinhaça no meio de cultivo, a mesma foi administrada diariamente, em dias alternados e a cada dois dias, utilizando uma concentração de 0,87%. As curvas de crescimento populacional das microalgas foram obtidas através das contagens celulares em câmara de Newbauer e as equações ajustadas pela função polinomial do programa Origin 6.0. Os resultados mostraram que a microalga Chlorella sp apresentou um melhor desenvolvimento com 0,2% de vinhaça quando a mesma foi administrada ao meio de cultivo em dias alternados. A redução da concentração de bicarbonato para 5 g L-1 resultou em morte da cultura devido à acidificação do meio. A obtenção da biomassa algal por floculação com NaOH 2N não foi tão eficiente devido ao elevado pH do meio de cultivo, sendo obtido um rendimento de apenas 0,08 g L-1. Por outro lado, a biomassa seca apresentou um elevado teor de lipídios totais alcançando 17%. Desta forma, a microalga Chlorella sp apresenta um grande potencial para utilizar a vinhaça como nutriente principal do meio de cultivo e devido à grande disponibilidade de água salgada e salobra no Estado do Ceará, poderá ser utilizada para o tratamento deste efluente em larga escala, havendo, no entanto, a necessidade de uma análise econômica dos custos com outros nutrientes necessários

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-04-26T09:56:41Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 848309 bytes, checksum: f73dc789b087c3df42f96258e81b0812 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-26T09:56:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 848309 bytes, checksum: f73dc789b087c3df42f96258e81b0812 (MD5) Previous issue date: 2015-02-19 / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Microalgas têm atraído interesse como fonte potencial de matérias-primas para produção de biocombustíveis e de subprodutos de interesse (e.g., bioetanol e proteínas). Entretanto, a produção em escala comercial ainda é economicamente inviável, principalmente, pelo pouco conhecimento sobre a regulação do crescimento, a biossíntese e armazenamento de lipídios em microalgas.Neste estudo, avaliou-se o potencial de 10 cepas de algas coletadas na região de Viçosa – MG, com o objetivo de avaliar o crescimento e caracterizar o metabolismo em autotróficas de crescimento. Entre as cepas estudadas, duas cepas de Scenedesmus(BR003 e BR024) apresentaram os maiores valores para produtividade de biomassa, que associado a quantidades intermediárias de lipídios garantiram uma alta produtividade de lipídios em relação às outras cepas. Essas duas cepas também se destacaram entre as demais em relação ao perfil de ácido graxo, apresentando altos teores dos ácidos graxos C16:0 e C18:1 e baixos teores dos poliinsaturados. No entanto, o perfil graxo das cepas Chlamydomonas sp. BR020 e Chlorella vulgaris BR017 apresentou altos teores de ácido α-linolénico (C18:3) e esta cepa também apresentou maiores teores de proteínas, constituindo- se em importantes cepas para o conceito de biorefinária. Verificou-se também que a maioria dos metabólitos (aminoácidos e ácidos orgânicos) avaliados apresentaram correlação negativa com a biomassa produzida e positiva com o conteúdo de lipídios. Tomados em conjunto, esses resultados indicam que a baixa produção de biomassa esta relacionada com acúmulo de aminoácidos (isoleucina, leucina e valina), intermediários do ciclo dos ácidos tricarboxílicos (citrato, succinato e fumarato), que frequentemente estão associados com acúmulo de óleo na célula. Entretanto, apesar da proximidade filogenética de algumas cepas em termos de gênero ou espécie, algumas cepas apresentaram comportamentos distintos o que não permitiu o agrupamento das mesmas, demonstrando, portanto, a necessidade de uma caracterização mais detalhada desses organismos. / Microalgae have attracted interest as a potential source of raw materials for biofuels and by-products of interest such as bioethanol and protein. However, the production on a commercial scale is still costly mainly by little knowledge about the regulation of growth, biosynthesis and lipid storage in microalgae. In this study, we evaluated the potential of 10 strains of algae collected in Viçosa region - MG, with the aim of evaluating the growth and characterize the metabolism in autotrophic conditions. Among the studied strains, two strains of Scenedesmus (BR003 and BR024) had the highest values for biomass productivity, which associated with intermediate amounts of lipids guaranteed high productivity of lipids compared to other strains. In addition these two strains differed among the others in relation to the fatty acid profile, with high levels of C16 and C18: 1 fatty acidsand low levels of the polyunsaturated fatty acids. However, the fatty acid profile of Chlamydomonas sp., BR020, and Chlorella vulgaris,BR017, showed high levels of α-linolenic acid (C18: 3) and this strain also exhibited higher protein levels, suggesting that these are important strains for the biorefinery concept. It was also observed that most of the evaluated metabolites (amino acids and organic acids) were negatively correlated with biomass and positively with lipid contents. Taken together, these results indicate that low biomass production is related to the levels of amino acids (isoleucine, leucine and valine),intermediates of the tricarboxylic acid cycle (citrate, succinate and fumarate), which are often associated with oil accumulation in the cell. However, despite the phylogenetic proximity in terms of genus or species showed, some of the strains displayed differential behavior which did not allow grouping of the strain in the same cluster, thus indicating the need for a deepercharacterizationof these organisms.

Microalgas são microrganismos fotossintéticos, capazes de sintetizar uma ampla gama de produtos dependendo de sua rota metabólica. A produção de microalgas envolve as etapas de cultivo, recuperação da biomassa e obtenção dos produtos intracelulares, sendo a etapa de recuperação de biomassa um gargalo da produção. No presente estudo foi avaliado a concentração e purificação de biomassa de duas espécies de microalgas, Chlorella sp. e Dunaliella tertiolecta, através da microfiltração tangencial, nos seguintes modos de operação: reciclo total, batelada e batelada combinada com diafiltração. Também foi avaliada a disponibilidade de reuso do permeado como meio de cultivo para as microalgas. No modo de reciclo total foram testadas quatro pressões transmembranas (PTM) para Chlorella sp. e cinco pressões transmembranas para D. tertiolecta em duas velocidades tangenciais para determinação das melhores condições operacionais para as etapas posteriores de concentração e purificação, considerando o efeito dessas condições de operação sobre a integridade celular. A velocidade selecionada foi 0,6 m s-1 para o processamento das duas suspensões de microalgas e a PTM de 0,5 bar para Chlorella sp. e de 0,15 bar para D. tertiolecta. As análises de microscopia ótica, microscopia eletrônica de transmissão e na câmara Neubauer não demostraram um efeito significativo do sistema de MF sobre a estrutura celular de Chlorella sp., entretanto, para D. tertiolecta, as análises mostraram a necessidade de operar o sistema em PTM de 0,15 bar. Foi observado um baixo percentual médio de fouling, sendo de 16 % para Chlorella sp. e 6 % para D. tertiolecta para as duas velocidades tangenciais testadas. A resistência da membrana foi elevada quando comparada com a resistência devido ao fouling de ambas as suspensões de microalgas. Em modo batelada, observou-se em todos os experimentos, a completa retenção das células de microalgas pela membrana de microfiltração. O fator de concentração volumétrico médio foi de 2,6 para a suspensão de Chlorella sp. e 2,5 para a de D. tertiolecta. Na operação do sistema em modo diafiltração foi possível reduzir o teor salino em 42 % para o concentrado da Chlorella sp. e 38 % para o concentrado de D. tertiolecta. O modelo de Hermia modificado por Field foi utilizado em software EMSO para a determinação dos mecanismos de fouling, e concluiu-se que a formação de torta foi o mecanismo de fouling dominante em filtração de Chlorella sp.. Para D. tertiolecta, todos os mecanismos se ajustaram bem aos dados experimentais, indicando que os mesmos ocorreram simultaneamente. Foram propostos dois tipos de meio de cultura para o reuso da corrente de permeado: o permeado simples e o permeado enriquecido com a adição de micronutrientes. Foi possível verificar a utilização do permeado como meio de cultivo, principalmente para o cultivo de D. tertiolecta; o permeado com adição de micronutrientes apresentou maior capacidade de crescimento que o meio padrão para esta microalga. No cultivo da Chlorella sp., a concentração de biomassa alcançada utilizando o permeado simples e enriquecido foi inferior a concentração de biomassa em meio de cultivo padrão. Os resultados obtidos neste trabalho comprovaram que o processo de microfiltração apresenta-se como uma alternativa promissora na etapa de concentração e purificação de suspensões de microalgas; além disso, a corrente de permeado gerada pode ser utilizada como meio de cultivo, garantindo, desta forma, um menor consumo de água e nutrientes, melhorando a viabilidade econômica do processo. / Microalgae are photosynthetic organisms with simple structures and capable to synthesize a wide range of products depending on their metabolic route. The production of microalgae comprises the steps of cultivation, biomass recovery and extraction of intracellular products, being the stage of biomass recovery a production bottleneck. In the present study was evaluated the concentration and purification of biomass of two species of microalgae, Chlorella sp. and Dunaliella tertiolecta, by crossflow microfiltration, in the following modes of operation: total recycling, batch and batch combined with diafiltration. It was also assessed the availability of the reuse the permeate as medium for microalgae cultivation. In total recycling mode were tested four different transmembrane pressures (TMP) for Chlorella sp. and five transmembrane pressures for D. tertiolecta in two crossflow velocities to determine the proper operating conditions for the stages of concentration and purification, considering the effect of operating conditions on the cellular integrity. The selected crossflow velocity was 0.6 m s-1 for processing the two suspensions of microalgae and TMP of 0.5 bar for Chlorella sp. and 0.15 bar for D. tertiolecta. The analyses of optical microscopy, transmission electron microscopy and the Neubauer chamber demonstrated no significant effect of the operating conditions of the MF system on the cellular structure of Chlorella sp., however, for D. tertiolecta, the analysis showed the need to operate the system at lower TMP of 0.15 bar. The average percentage of fouling observed was 16 % for Chlorella sp. and 6 %. for D. tertiolecta for both crossflow velocities tested. The resistance of the membrane was elevated when compared with the resistance due to fouling for both suspensions of microalgae. In batch mode, it was observed, for all the experiments, complete retention of microalgal cells by microfiltration membrane. The average volumetric concentration factor was 2.6 for the suspension of Chlorella sp. and 2.5 for D. tertiolecta. In the operation of the system in diafiltration mode was possible to reduce the the salt content in 42 % for the Chlorella sp. and 38 % for D. tertiolecta. The model of Hermia model was used in software EMSO for the determination of fouling mechanisms, and it is concluded that the cake formation was the dominant fouling in the filtration of Chlorella sp.. For D. tertiolecta, all the mechanisms adjusted well to the experimental data, demonstrating that all mechanisms occurred simultaneously. Were proposed two different culture mediums for the reuse of the permeate stream: the plain permeate and the permeate enriched with micronutrients. It was possible to verify the ability of the permeate as cultivation medium, mainly for the D. tertiolecta; in this case, the permeate enriched with micronutrients presented greater capacity for growth when compared with the standard medium. On the other hand, for the cultivation of Chlorella sp., the biomass concentration achieved using both, the plain permeate and the enriched one was less than that achieved using the standard medium. The results obtained in this work proved that the microfiltration process is a promising alternative for the concentration and purification of suspensions of microalgae. In addition, the permeate stream generated could be used as a growth medium, ensuring thereby a less consumption of water and nutrients, improving the economic viability of the process.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Alimentos. / Made available in DSpace on 2012-10-22T06:55:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O cultivo de microalgas em meios de cultura alternativos vem sendo avaliado nas últimas décadas, entre eles, estão os efluentes industriais e agrícolas, possibilitando a reciclagem desse resíduo, bioconvertendo-o em uma biomassa enriquecida nutricionalmente, que pode ser utilizada como suplemento alimentar, na fabricação de rações, extração de pigmentos e em várias outras áreas de atuação. O presente estudo teve como finalidade verificar a potencialidade da solução hidropônica residual como um meio de cultura alternativo para o cultivo da microalga Chlorella vulgaris e, consecutivamente, analisar as características físico-químicas da biomassa obtida, bem como, avaliar a biorremoção de N e P pela microalga cultivada nas soluções residuais. Um volume de 180 mL contendo densidade celular de 2,5x106 cel.mL-1 de Chlorella vulgaris em meio Bold's Basal Medium (BBM) foi inoculado em fotobiorreatores cônicos invertidos contendo 3,7 L de quatro diferentes meios de cultura: meio BBM, que foi considerado como cultivo referência; solução hidropônica residual (SHR), solução hidropônica residual na proporção de 1:1 (SHR50) e 1:3 (25% de resíduo para 75% de água deionizada) denominado de SHR25. Os cultivos foram mantidos sob aeração constante, temperatura de 25 2 ºC e iluminação contínua de 150 mol.m-2.s-1. Durante os 7 dias de cultivo foram determinadas a densidade celular, o pH e a remoção de N e P. No sétimo dia, a biomassa obtida de cada cultivo foi separada dos meios por centrifugação, sendo uma parte utilizada para determinar o teor de carotenóides totais e clorofilas a e b e o restante da biomassa foi liofilizada, sendo posteriormente utilizada para determinação do conteúdo de proteínas, perfil aminoacídico, lipídios, composição de ácidos graxos da fração lipídica e composição de sais minerais. Os resultados sugerem que a Chlorella vulgaris, cultivada em solução hidropônica residual, possui potencial para obtenção de proteína unicelular de boa qualidade em razão da composição e distribuição dos aminoácidos, bem como do elevado conteúdo protéico, sendo os valores médios em BBM, SHR, SHR50 e SHR25: 52,40; 50,51; 43,96 e 39,97 g.100g-1, respectivamente. Além disso, geram boas perspectivas para produção de ácidos graxos insaturados (principalmente 18:3n-6), de carotenóides e de lipídios com 18,21% para BBM, 15,80% para SHR, 15,02 para SHR50 e 17,41% para SHR25. A microalga Chlorella vulgaris demonstrou ser uma boa fonte de clorofila e de sais minerais. Obteve bons resultados de biorremoção de N e P da solução hidropônica residual removendo até 87,0% de nitrato de SHR25 e 51,9% de fósforo total de SHR. Desta forma, pode-se concluir que a solução hidropônica residual apresentou potencial alternativa como meio de cultura para a produção de biomassa de Chlorella vulgaris, possibilitando a utilização desse resíduo de forma sustentável.

Live green microalgae Chlorella pyrenoidosa was introduced in the anode of microbial fuel cell (MFC) to act as an electron donor. The electrogenic capability of algae Chlorella pyrenoidosa was investigated in two models of algal microbial fuel cells (MFCs) constructed with carbon electrodes and no mediator. The mechanism was studied by results of ATP inhibitor (Resveratrol) and protonophore (2, 4-dinitrophenol), which supporting the important role of mitochondria in electricity generation. The results of different light intensity and algae concentration indicate that low concentration of 106 (OD680nm) and low light intensity (2500 Lux) generated higher electricity. In the oxygen controlled study, it was found that oxygen generated by algae in anode was a limiting factor for electricity generation. Electricity generation was observed in two chamber algae MFC lasting at least for 24 hours. Results might provide a platform for the development of self-sustainable algal culturing microbial fuel cell (MFC). Electricity was found to increase in response to 4-nitrophenol (4NP) and 4-nitroanaline (4NA) for both measurements of current and open circle voltage (OCV). The positive response of algae to 4NP in increasing the 4NP production and electricity generation in MFC proposed the possible application in the detection of E.coli, as 4NP is involved in the intermediate step of the detection process. Results indicate Algae MFC was suitable for the detection of E. coli. of concentration higher than 106 using OCV measurement. Keywords: Electricity generation, Chlorella pyrenoidosa, Microbial fuel cell.

Submitted by CARLA CRISTINA ALMEIDA LOURES null (ccaloures@hotmail.com) on 2016-08-01T17:10:06Z No. of bitstreams: 1 TESE _VERSÃO FINAL_V 19-07REAL pdf.pdf: 3835125 bytes, checksum: 2120b82f57806ae4108e555792decece (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-08-03T14:10:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 loures_cca_dr_guara.pdf: 3835125 bytes, checksum: 2120b82f57806ae4108e555792decece (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-03T14:10:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 loures_cca_dr_guara.pdf: 3835125 bytes, checksum: 2120b82f57806ae4108e555792decece (MD5) Previous issue date: 2016-07-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho foi desenvolvido com a microalga Chlorella minutissima com o objetivo de determinar as melhores condições operacionais de fotobioreatores tubulares descontínuos, tipo coluna de bolhas, para o crescimento celular e a produção de lipídeos em função das variáveis de processo: fluxo de CO2 na alimentação, concentração inicial de nitrato, concentração inicial de fosfato, suplementação (metais e vitaminas), temperatura e salinidade. Os experimentos foram planejados utilizando a metodologia de Taguchi. Os resultados obtidos mostraram que a configuração do fotobioreatores tubulares descontínuos, tipo coluna de bolhas, foi adequada para o cultivo da microalga Chlorella minutíssima, apresentando bons resultados de teor de lipídeos, da ordem de 37,08 ± 1,50 % em relação à biomassa seca ao final de 7 dias de cultivo. Definidas as condições ótimas de cultivo foi realizada uma reação como o óleo obtido, empregando catalisador químico (H2SO4). O resultado obtido demonstrou que o catalisador atuou de forma eficiente, convertendo os ácidos graxos em seus respectivos ésteres de etila. Outro fator importante de ressaltar foi a ausência de pigmentos presente no material lipídico, visto que o óleo extraído apresentou coloração amarelada similar aos óleos vegetais tradicionais, como por exemplo, o óleo de soja. Pigmentos quando presentes no material lipídico podem comprometer a conversão dos triglicerídeos em ésteres alquílicos (biodiesel). Chlorella minutissima apresenta vantagens adicionais perante a diversas matérias-primas lipídicas com presença de pigmentos. Para a avaliação da velocidade de crescimento populacional das microalgas foi considerado o modelo cinético de crescimento logístico. A partir desta investigação, verificou-se que o crescimento celular e a produtividade de lipídeos são significativamente dependentes da concentração inicial de nitrato, do fluxo de dióxido de carbono, da concentração de fosfato, da suplementação do meio e da temperatura. Os melhores valores obtidos, tanto para o crescimento quanto para a produtividade de lipídeos, foram para a concentração de nitrato no nível alto e os demais parâmetros significativos no nível baixo. Dessa forma, a metodologia e os resultados apresentados neste trabalho podem ser úteis na busca pela viabilização econômica da produção de biodiesel de microalgas, uma vez que a produção de biodiesel via microalgas ainda é um processo inviável devido aos custos. / The current work was developed with the microalgae Chlorella minutissima with the aim of determining the best operational conditions of discontinuous-tubular photobioreactors, bubble-column type, to the cell growth and production of lipids in relation to process variables: CO2 feed flow rate, nitrate initial concentration, phosphate initial concentration, supplements (metals and vitamins), temperature and salinity. The experiments were designed using Taguchi methodology. Results showed that the configuration of discontinuous-tubular photobioreactors, bubble-column type was adequate to the cultivation of microalgae Chlorella minutissima, presenting good results in terms of lipid content, of order of 37.08 ± 1.50% in relation to the dry biomass at the end of the 7 cultivation days. Once optimal cultivation conditions were established, a reaction with obtained oil was carried out using a chemical catalyst (H2SO4). Results showed that the catalyst acted in an efficient way, converting fatty oils in its respective ethyl esters. Another important factor worth noticing was the absence of pigments present in the lipid material, considering that the extracted oil presented a yellow color similar to traditional vegetal oils, such as soy oil. The presence of pigments in the lipid content may compromise the conversion of triglycerides in alkyl esters (biodiesel). Chlorella minutissima presents additional advantage in comparison to diverse lipid raw materials with the presence of pigments. The logistic growth was used as the kinetic model to evaluate the growth rate and speed of microalgae. From this analysis, it was possible to verify that cell growth and the productivity of lipids were significantly dependent on the initial concentration of nitrate, carbon dioxide flow rate, concentration of phosphate, supplementation of media and temperature. Best values obtained for growth as well as for lipid productivity were nitrate concentration in the high level and the other parameters were significant in the low level. Thus, the methodology and results presented in this work can be useful in seeking economic feasibility of production of microalgae biodiesel, since the production of biodiesel is currently is not viable due to the high costs associated to it.

Microalgas são microrganismos fotossintéticos, capazes de sintetizar uma ampla gama de produtos dependendo de sua rota metabólica. A produção de microalgas envolve as etapas de cultivo, recuperação da biomassa e obtenção dos produtos intracelulares, sendo a etapa de recuperação de biomassa um gargalo da produção. No presente estudo foi avaliado a concentração e purificação de biomassa de duas espécies de microalgas, Chlorella sp. e Dunaliella tertiolecta, através da microfiltração tangencial, nos seguintes modos de operação: reciclo total, batelada e batelada combinada com diafiltração. Também foi avaliada a disponibilidade de reuso do permeado como meio de cultivo para as microalgas. No modo de reciclo total foram testadas quatro pressões transmembranas (PTM) para Chlorella sp. e cinco pressões transmembranas para D. tertiolecta em duas velocidades tangenciais para determinação das melhores condições operacionais para as etapas posteriores de concentração e purificação, considerando o efeito dessas condições de operação sobre a integridade celular. A velocidade selecionada foi 0,6 m s-1 para o processamento das duas suspensões de microalgas e a PTM de 0,5 bar para Chlorella sp. e de 0,15 bar para D. tertiolecta. As análises de microscopia ótica, microscopia eletrônica de transmissão e na câmara Neubauer não demostraram um efeito significativo do sistema de MF sobre a estrutura celular de Chlorella sp., entretanto, para D. tertiolecta, as análises mostraram a necessidade de operar o sistema em PTM de 0,15 bar. Foi observado um baixo percentual médio de fouling, sendo de 16 % para Chlorella sp. e 6 % para D. tertiolecta para as duas velocidades tangenciais testadas. A resistência da membrana foi elevada quando comparada com a resistência devido ao fouling de ambas as suspensões de microalgas. Em modo batelada, observou-se em todos os experimentos, a completa retenção das células de microalgas pela membrana de microfiltração. O fator de concentração volumétrico médio foi de 2,6 para a suspensão de Chlorella sp. e 2,5 para a de D. tertiolecta. Na operação do sistema em modo diafiltração foi possível reduzir o teor salino em 42 % para o concentrado da Chlorella sp. e 38 % para o concentrado de D. tertiolecta. O modelo de Hermia modificado por Field foi utilizado em software EMSO para a determinação dos mecanismos de fouling, e concluiu-se que a formação de torta foi o mecanismo de fouling dominante em filtração de Chlorella sp.. Para D. tertiolecta, todos os mecanismos se ajustaram bem aos dados experimentais, indicando que os mesmos ocorreram simultaneamente. Foram propostos dois tipos de meio de cultura para o reuso da corrente de permeado: o permeado simples e o permeado enriquecido com a adição de micronutrientes. Foi possível verificar a utilização do permeado como meio de cultivo, principalmente para o cultivo de D. tertiolecta; o permeado com adição de micronutrientes apresentou maior capacidade de crescimento que o meio padrão para esta microalga. No cultivo da Chlorella sp., a concentração de biomassa alcançada utilizando o permeado simples e enriquecido foi inferior a concentração de biomassa em meio de cultivo padrão. Os resultados obtidos neste trabalho comprovaram que o processo de microfiltração apresenta-se como uma alternativa promissora na etapa de concentração e purificação de suspensões de microalgas; além disso, a corrente de permeado gerada pode ser utilizada como meio de cultivo, garantindo, desta forma, um menor consumo de água e nutrientes, melhorando a viabilidade econômica do processo. / Microalgae are photosynthetic organisms with simple structures and capable to synthesize a wide range of products depending on their metabolic route. The production of microalgae comprises the steps of cultivation, biomass recovery and extraction of intracellular products, being the stage of biomass recovery a production bottleneck. In the present study was evaluated the concentration and purification of biomass of two species of microalgae, Chlorella sp. and Dunaliella tertiolecta, by crossflow microfiltration, in the following modes of operation: total recycling, batch and batch combined with diafiltration. It was also assessed the availability of the reuse the permeate as medium for microalgae cultivation. In total recycling mode were tested four different transmembrane pressures (TMP) for Chlorella sp. and five transmembrane pressures for D. tertiolecta in two crossflow velocities to determine the proper operating conditions for the stages of concentration and purification, considering the effect of operating conditions on the cellular integrity. The selected crossflow velocity was 0.6 m s-1 for processing the two suspensions of microalgae and TMP of 0.5 bar for Chlorella sp. and 0.15 bar for D. tertiolecta. The analyses of optical microscopy, transmission electron microscopy and the Neubauer chamber demonstrated no significant effect of the operating conditions of the MF system on the cellular structure of Chlorella sp., however, for D. tertiolecta, the analysis showed the need to operate the system at lower TMP of 0.15 bar. The average percentage of fouling observed was 16 % for Chlorella sp. and 6 %. for D. tertiolecta for both crossflow velocities tested. The resistance of the membrane was elevated when compared with the resistance due to fouling for both suspensions of microalgae. In batch mode, it was observed, for all the experiments, complete retention of microalgal cells by microfiltration membrane. The average volumetric concentration factor was 2.6 for the suspension of Chlorella sp. and 2.5 for D. tertiolecta. In the operation of the system in diafiltration mode was possible to reduce the the salt content in 42 % for the Chlorella sp. and 38 % for D. tertiolecta. The model of Hermia model was used in software EMSO for the determination of fouling mechanisms, and it is concluded that the cake formation was the dominant fouling in the filtration of Chlorella sp.. For D. tertiolecta, all the mechanisms adjusted well to the experimental data, demonstrating that all mechanisms occurred simultaneously. Were proposed two different culture mediums for the reuse of the permeate stream: the plain permeate and the permeate enriched with micronutrients. It was possible to verify the ability of the permeate as cultivation medium, mainly for the D. tertiolecta; in this case, the permeate enriched with micronutrients presented greater capacity for growth when compared with the standard medium. On the other hand, for the cultivation of Chlorella sp., the biomass concentration achieved using both, the plain permeate and the enriched one was less than that achieved using the standard medium. The results obtained in this work proved that the microfiltration process is a promising alternative for the concentration and purification of suspensions of microalgae. In addition, the permeate stream generated could be used as a growth medium, ensuring thereby a less consumption of water and nutrients, improving the economic viability of the process.

Submitted by Luiz Felipe Barbosa (luiz.fbabreu2@ufpe.br) on 2015-04-17T14:19:06Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese Danielli Dantas.pdf: 3109265 bytes, checksum: 6c204f9815e4c497820289d25e1a3b80 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-17T14:19:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese Danielli Dantas.pdf: 3109265 bytes, checksum: 6c204f9815e4c497820289d25e1a3b80 (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / As microalgas apresentam uma enorme aplicação como produtoras de compostos bioativos de interesse industrial e com potenciais atividades biológicas. Neste sentido uma revisão sobre o cultivo de microalgas no Brasil foi abordada, levando em consideração o potencial e as perspectivas aplicações biotecnológicas destes microrganismos no país. Neste sentido, a espécie Chlorella vulgaris foi selecionada para a obtenção de preparações utilizando solventes de diferentes polaridades (água, metanol, butanol, acetona e dimetilsulfóxido), e apartir destes extratos, avaliar as suas atividades antioxidante e antimicrobiana (antibacteriana e antifúngica). Adicionalmente, foi analisada a ação neuroprotetiva do extrato da C. vulgaris com a bebida alcóolica “cachaça” em ratos utilizando o modelo da depressão alastrante cortical. Visando otimizar a produção e obtenção de biomassa das espécies C. vulgaris e Scenedesmus subspicatus, foram avaliados métodos de cultivo, coleta e além disso o desenvolvimento de uma bebida alcóolica funcional a partir dessas espécies. Os resultados obtidos para atividade antioxidante utilizando os diferentes extratos de C. vulgaris testados, demostraram maior eficiência usando água e dimetilsulfóxido. Os extratos preparados com estes mesmos solventes, além da acetona, também apresentaram melhores resultados na atividade antibacteriana inibindo o crescimento das bactérias Streptococcus faecalis, Salmonella enteritidis e Bacillus subtilis. Os outros extratos (etanol, metanol, butanol) não inibiram o crescimento das bactérias avaliadas. As microalgas não apresentaram inibição ao crescimento dos fungos analisados. Com relação à ação da bebida alcóolica funcional (extrato da C. vulgaris e cachaça) na depressão alastrante em ratos, foi observado que a velocidade da depressão alastrante no cérebro dos ratos tratados com esta bebida foi inferior (2,89 mm.min-1), quando comparado com o tratamento usando apenas cachaça e o controle (água destilada), 3,68 mm.min-1 e 3,25 mm.min-1 respectivamente. Estes resultados sugerem que a inserção da C. vulgaris na bebida alcóolica conferiu uma possível proteção no cérebro contra o efeito do álcool. O abuso do álcool é um problema de saúde pública conhecido e os resultados obtidos devem ser utilizados cuidadosamente. Os resultados obtidos no presente estudo podem ser usados como precursores para o avanço na geração de produtos a partir das microalgas e suas possíveis aplicações biotecnológicas.

Orientadora: Profa. Dra. Ana Maria Pereira Neto / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Energia, 2014. / Este trabalho avaliou o potencial energético da biomassa de Chlorella minutissima cultivada em condição autotrófica em meio Guillard f/2 e mixotrófica com o mesmo meio e adição de glicose em diferentes condições: I) adição fracionada de 0,2 g/L de glicose com um intervalo de 48h para atingir a adição total de 0,4 g/L; II) adição de 0,2 g/L de glicose em única dose no início do cultivo; III) adição de 0,2 g/L de glicose em única dose após 72h do início do cultivo e IV) adição fracionada de 0,05 g/L de glicose, após 72h de cultivo, seguida de três adições em intervalos de 48h, até atingir a adição total de 0,2 g/L. As curvas de crescimento dos cultivos foram determinadas a partir do monitoramento diário da densidade celular. A produtividade e os teores de carboidratos, clorofila-a, carotenoides, poder calorífico superior e análises elementar e imediata da biomassa foram determinados. E os teores de proteínas, lipídios e poder calorífico inferior foram estimados para o último dia dos cultivos. Observou-se que a adição de glicose após 72h do início do cultivo, em dose única ou fracionada, melhorou o aproveitamento desta fonte de carbono pelas microalgas, minimizando o consumo pelas bactérias uma vez que os cultivos foram xênicos. Nos cultivos mixotróficos, o teor de carboidratos foi igual ao do grupo controle (cultivos autotróficos), aproximadamente 37%, ao passo que houve aumento do teor lipídico (1,41 vezes para adição única e 1,67 vezes para a adição fracionada), indicando o potencial de aplicação de Chlorella minutissima tanto para a produção de etanol como de biodiesel. Considerando o etanol de primeira geração cuja produtividade de etanol de biomassa algácea poderia alcançar uma produtividade de dez vezes maior que a da cana-de-açúcar, e para o de segunda geração poderia chegar a quarenta vezes superior ao do bagaço de cana com base em projeções de produção anual biomassa algácea seca em torno de 90 t/ha, e considerando o mesmo teor fermentescível para as biomassa. A biomassa algácea também apresentou elevado teor de carbono (~40%) e de compostos voláteis (acima de 76% nos cultivos mixotróficos). O poder calorífico superior em condições mixotróficas chegou a 22,27 MJ/kg (maior que o da madeira, que é de cerca de 18 MJ/kg), além de um menor teor de cinzas (2,78 vezes). Estas características são positivas para aplicação da biomassa em processos de conversão termoquímica, como combustão direta e gaseificação. Além disso, os cultivos mixotróficos apresentaram uma diminuição de 0,76 vezes do teor de proteínas, o que favorece uma menor emissão de NOx nos processos termoquímicos. Os teores de clorofila e carotenoides do cultivo mixotrófico com adição única apresentaram um aumento em relação ao controle de, respectivamente, 1,79 e 1,69 mostrando um potencial para a produção de suplementos destinados à alimentação humana, viabilizando, em termos de custos, a produção de biocombustíveis a partir do uso dos carboidratos e lipídios da biomassa residual após a extração destes compostos de maior valor agregado. / This study evaluated the energetic potential of Chlorella minutissima cultivated in autotrophic (Guillard f/2 media) and mixotrophic conditions using the same medium plus glucose additions in different strategies: I) Two additions of 0.2 g/L glucose in a 48h interval up to 0.4 g/L glucose supply; II) Single addition of 0.2 g/L glucose at the beginning of the cultivation; III) Single addition of 0.2 g/L glucose after 72h from the cultivation beginning; IV) addition of 0.05 g/L glucose, 72h after the cultivation start, followed by three additions in 48h intervals up to the total supply of 0.2 g/L. Growth curves were determined by daily cell density monitoring in each cultivation flask. Productivity and carbohydrate, chlorophyll-a, carotenoids, yields and higher and ultimate and proximate analyses were done in the biomass. Were estimated lipids, protein and low heating value obtained at the end of cultivation. Glucose addition after 72h cultivation, whether in single or fractionated doses, improved the utilization of this carbon source by the microalgae, minimizing the bacterial competition once the cultures were xenic. In these treatments, the carbohydrate yield was the same as the control group (autotrophic), around 37%, whereas the lipid yields were higher (1.41 times to single addition and 1.67 times for fractionated addition) representing 31% of the bulk biomass, indicating the potential use of this Chlorella minutissima both for ethanol and biodiesel production. Considering the first generation ethanol whose productivity microalgae ethanol could achieve productivity ten times that of sugarcane, and the second generation is approximately forty times sugarcane bagasse based on projections of annual production of dry algal biomass around 90 t/ha and considering same fermentable yield of the biomass. The algal biomass presented high carbon content (~ 40%), high volatile content (above the 76% in the mixotrophic treatments), and the higher heating value reached 22.27 MJ/kg in mixotrophic conditons, value bigger than the observed for the wood (18.25 MJ/ kg), with low ash content (2.78 times). Such characteristics are positive and indicate a good potential of this biomass be applied in thermochemical processes, such as combustion and gasification. Also the decrease of 0.76 times of protein content in the mixotrophic cultures allows lower NOx emission in thermochemical processes. Chlorophyll and carotenoids yields in the cultures with single glucose addition were respectively 1.78 e 1.69 higher than the in autrotrophic ones, also indicating the potential use of these coproducts for food supply for human consumption allowing, in terms of costs, the production of biofuels from the use of carbohydrates and lipids from the residual biomass after the removal of these high value-added compounds.