Th. doct.--Océanologie biol.--Paris 6, 1995. / 1996 d'après la déclaration de dépôt légal. Bibliogr. f. 170-183. Résumé en français et en anglais. Certaines f. sont impr. recto-verso.

O naftaleno é um dos principais constituintes do petróleo solúvel em água e esta classe de poluentes está enquadrada na lista prioritária de contaminantes orgânicos persistentes. O presente trabalho traz informações sobre o efeito do naftaleno em ensaios ecotoxicológicos com quatro diferentes grupos de organismos aquáticos. Ensaios crônicos com a microalga marinha Dunaliella tertiolecta e com ouriço-do-mar Lytechinus variegatus, ensaios crônicos e agudos com o copépodo estuarino bentônico Nitokra sp e ensaios agudos com o anfípodo estuarino Leptocherius plumulosus. Na avaliação do efeito crônico, o valor médio da CI(I)50-96h encontrada para microalga marinha foi de 29,01 mg.L-1 e o valor médio da CE(I)50-24h para ouriço-do-mar foi de 0,30 mg.L-1. Para o copépodo, os ensaios crônicos tiveram os valores de 0,19 mg.L-1 para CENO(I) e 0,40 mg.L-1 para CEO(I). Nos ensaios agudos, este mesmo organismo apresentou uma média de CL(I)50-96h em 13,4 mg.L-1 e a média da CL(I)50-96h para o anfípodo estuarino foi de 2,38 mg.L-1. Estes resultados evidenciam potenciais de efeito para diferentes classes de organismos aquáticos e poderão auxiliar nas avaliações ambientais, quando houver limites disponíveis e diretrizes que estabeleçam condições e padrões de lançamento de efluentes nos corpos de água no Brasil. / Naphthalene is a major constituent of the oil soluble in water and this class of pollutants is framed in the priority list of persistent organic pollutants. The present study provides information on the effect of naphthalene in ecotoxicological tests with four different groups of aquatic organisms. Chronic tests with the marine microalgae Dunaliella tertiolecta and sea-urchin Lytechinus variegatus, acute and chronic tests with the estuarine benthic copepod Nitokra sp and acute tests with the estuarine amphipod Leptocheirus plumulosus. In the assessment of chronic effect, the average value of IC(I)50-96h to marine microalgae was 29.01 mg.L-1 and the mean EC(I)50-24h for sea urchin 0.30 mg.L-1. In chronic tests for estuarine copepod the obtained values to NOEC and OEC was ranged from 0.19 mg L-1 to 0.40 mg L-1. In acute tests the same organism have showed an average of LC(I)50-96h in 13.4 mg.L-1 and for the estuarine amphipod the mean LC(I)50-96h was 2.38 mg.L-1. These results demonstrate the potential effect on different classes of aquatic organisms. This may assist in environmental assessments in Brazil, when limits and guidelines are available and allow establishing conditions and standards of effluent discharge into water bodies in Brazil.

O naftaleno é um dos principais constituintes do petróleo solúvel em água e esta classe de poluentes está enquadrada na lista prioritária de contaminantes orgânicos persistentes. O presente trabalho traz informações sobre o efeito do naftaleno em ensaios ecotoxicológicos com quatro diferentes grupos de organismos aquáticos. Ensaios crônicos com a microalga marinha Dunaliella tertiolecta e com ouriço-do-mar Lytechinus variegatus, ensaios crônicos e agudos com o copépodo estuarino bentônico Nitokra sp e ensaios agudos com o anfípodo estuarino Leptocherius plumulosus. Na avaliação do efeito crônico, o valor médio da CI(I)50-96h encontrada para microalga marinha foi de 29,01 mg.L-1 e o valor médio da CE(I)50-24h para ouriço-do-mar foi de 0,30 mg.L-1. Para o copépodo, os ensaios crônicos tiveram os valores de 0,19 mg.L-1 para CENO(I) e 0,40 mg.L-1 para CEO(I). Nos ensaios agudos, este mesmo organismo apresentou uma média de CL(I)50-96h em 13,4 mg.L-1 e a média da CL(I)50-96h para o anfípodo estuarino foi de 2,38 mg.L-1. Estes resultados evidenciam potenciais de efeito para diferentes classes de organismos aquáticos e poderão auxiliar nas avaliações ambientais, quando houver limites disponíveis e diretrizes que estabeleçam condições e padrões de lançamento de efluentes nos corpos de água no Brasil. / Naphthalene is a major constituent of the oil soluble in water and this class of pollutants is framed in the priority list of persistent organic pollutants. The present study provides information on the effect of naphthalene in ecotoxicological tests with four different groups of aquatic organisms. Chronic tests with the marine microalgae Dunaliella tertiolecta and sea-urchin Lytechinus variegatus, acute and chronic tests with the estuarine benthic copepod Nitokra sp and acute tests with the estuarine amphipod Leptocheirus plumulosus. In the assessment of chronic effect, the average value of IC(I)50-96h to marine microalgae was 29.01 mg.L-1 and the mean EC(I)50-24h for sea urchin 0.30 mg.L-1. In chronic tests for estuarine copepod the obtained values to NOEC and OEC was ranged from 0.19 mg L-1 to 0.40 mg L-1. In acute tests the same organism have showed an average of LC(I)50-96h in 13.4 mg.L-1 and for the estuarine amphipod the mean LC(I)50-96h was 2.38 mg.L-1. These results demonstrate the potential effect on different classes of aquatic organisms. This may assist in environmental assessments in Brazil, when limits and guidelines are available and allow establishing conditions and standards of effluent discharge into water bodies in Brazil.

Dunaliella, a genus of unicellular, biflagellate green algae, is one of the most studied microalgae for mass culture and is of commercial importance as a source of natural -carotene. Dunaliella species have the desirable properties of halotolerance and photoautotrophy that makes their large-scale culture simple and cheap using resources unsuitable for conventional agriculture. The ease and cost-effectiveness of culture makes Dunaliella a desirable target for increased production of natural compounds by metabolic engineering or for exploitation as biological factories for the synthesis of novel high-value compounds. However, the lack of efficient genetic transformation systems has been a major limitation in the manipulation of these microalgae. In chapter four we describe the development of a nuclear transformation system for Dunaliella tertiolecta. The gene encoding the phleomycin-binding protein from Streptoalloteichus hindustanus, was chosen as the selectable marker as this protein retains activity at high salt concentrations. To drive expression of the chosen selectable marker, two highly expressed Dunaliella tertiolecta RbcS genes and their associated 5' and 3' regulatory regions were isolated and characterised (chapter three). Dunaliella transformation cassettes containing the RbcS promoter and terminator regions flanking the ble antibiotic resistance gene were constructed. These expression cassettes were tested in Chlamydomonas reinhardtii cells and found to drive expression of the ble gene in this heterologous system. This study also demonstrated that truncation of both the D. tertiolecta RbcS1 and RbcS2 regulatory regions significantly increases the expression of the ble gene in C. reinhardtii cells. To determine if the foreign DNA could stably integrate into the Dunaliella genome, four transformation methods: microprojectile bombardment, glass bead-mediated transformation, PEG-mediated transformation and electroporation were tested and a number of parameters varied. Southern blot analysis revealed that the plasmid DNA transiently entered the Dunaliella cells following electroporation but was rapidly degraded. Following electroporation, one stably transformed Dunaliella line was recovered. This is the first demonstration of the stable transformation of this alga. Chloroplast transformation is becoming a favoured method for the production of recombinant proteins in plants, as levels of heterologous protein are often higher than those achieved by transforming the nucleus. The Dunaliella chloroplast genome has not been genetically characterised, and thus there were no existing promoter and terminator sequences or sequences of intergenic regions that could be used for vectors in transformation of the chloroplast. Therefore, this study aimed to isolate and characterise promoters of highly expressed genes and matching terminators capable of driving transgene expression, and also to characterise intergenic regions that would be suitable insertion sites for the vector construct (chapter five). The complete gene sequence of two highly expressed Dunaliella chloroplast genes psbB and rbcL including the promoter and terminator regions as well as the coding sequence of the psbA gene were cloned and sequenced. In addition, the psbA gene is useful as a selectable marker as introduced mutations confer resistance to the herbicide 3-(3,4-Dichlorophenyl)-1,1-Dimethylurea (DCMU). Two homologous transformation constructs based on mutated psbA genes were developed and tested using microprojectile bombardment. A number of parameters were tested including: the size of the gold microprojectile particle, the distance of the plates from the point of discharge, plating onto membranes or filter paper, helium pressure, addition of an osmoticum to the medium and recovery time. Although no chloroplast transformants were recovered in this study, these homologous recombination constructs should prove useful in the development of a chloroplast transformation protocol. The other major component of this study was to investigate the use of microalgae as an expression system for the production of recombinant proteins. Transformation of Chlamydomonas reinhardtii, a species related to Dunaliella, is well developed. In chapter six, this study examined the expression of two human proteins, -lactalbumin and IGF-1 in Chlamydomonas reinhardtii. Plasmids containing the C. reinhardtii RbcS2 promoter upstream of the cDNAs of these two proteins were introduced into C. reinhardtii cells using glass-bead mediated transformation. Transgenic C. reinhardtii lines were generated and shown to contain the transgenes by PCR and Southern hybridisation. RT- PCR and northern hybridisation were subsequently used to demonstrate that the transgenes were transcriptionally active. The transcripts however, could only be detected by RT-PCR indicating that the genes were transcribed at low levels. Accumulation of the -lactalbumin protein could not be demonstrated, suggesting that although the transgenes were transcribed, they were either not translated or translated at levels below the sensitivity of western blot analysis or that any protein produced was rapidly degraded. Previous studies have indicated that in microalgae codon usage is vital in translation of the foreign protein. Codon modification of the IGF-I and -lactalbumin genes should lead to higher levels of protein accumulation. This study reports the first successful stable nuclear transformation of Dunaliella tertiolecta. Therefore it is now feasible that Dunaliella can be examined as a bioreactor for the expression of recombinant proteins. In addition, two chloroplast genes (psbB and rbcL) and their corresponding promoters and terminators have been characterised and a selectable marker cassette based on the mutated psbA gene constructed.

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.

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.

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.

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O presente trabalho avaliou o crescimento da microalga Dunaliella tertiolecta pela biofixação do CO2 liberado pela produção de cerveja, reciclando um dos gases responsáveis pelo efeito estufa, reduzindo custo da matéria-prima CO2 e agregando valor ao produzir lipídeos e carotenoides naturais. Para isso a microalga foi cultivada em sistemas integrados entre fotobiorreatores e fermentadores. A diferença nos cultivos foi o tipo e a quantidade de CO2 produzida pelas fermentações. Inicialmente se fez fermentações com meio YPD (Yeast Peptone Dextrose) em fermentadores de 2 L acoplados a cada 24 h aos fotobiorreatores em 4 condições distintas, sendo o último fermentador colocado sempre em 144 h de cultivo de microalgas: 30 g L-1 de dextrose a partir de 72 h de cultivo de microalgas, 60 g L-1 de dextrose a partir de 72 h de cultivo de microalgas, 30 g L-1 de dextrose a partir de 24 h de cultivo de microalgas e variando a concentração de (10 à 60) g L-1 de dextrose a partir de 24 h de cultivo de microalgas (YPD (10-60)/24). Os maiores valores para biomassa, carotenoides, produtividades e lipídeos foram obtidos na condição YPD (10-60)/24. Para reproduzir a essa condição utilizando mosto de cerveja, foi calculada a conversão de substrato em produto para, então, acoplar diariamente volumes diferentes de mosto de cerveja em cultivos de microalgas. Os valores obtidos para os cultivos com CO2 desprendidos por estas fermentações foram 1,10 ± 0,05 g L-1 de biomassa, 0,18 ± 0,01 g L-1 d-1 de produtividade de biomassa, 0,58 ± 0,06 d-1 foi a velocidade específica de crescimento, 4,74 ± 0,59 mg g-1 de carotenoides por biomassa, 0,86 ± 0,06 mg L-1 d-1 de produtividade de carotenoides e 13,5 ± 0,4 % (em massa) de lipídeos. Estes valores foram praticamente o dobro dos valores obtidos para o cultivo com CO2 do ar atmosférico, demonstrando que a integração entre fermentadores e fotobiorreatores é uma boa alternativa para indústria alimentícia. Todos cultivos com D. tertiolecta apresentaram o mesmo perfil de carotenoides representado por 46,7 ± 2,0 % de luteína, 22,5 ± 1,6 % de β-caroteno, 9,50 ± 0,66 % de zeaxantina, 1,10 ± 0,16 % de α-caroteno e 20,2 ± 3,0 % para outros. / This study evaluated the growth of microalgae Dunaliella tertiolecta for CO2 biofixation released by brewing, recycling one of the greenhouse gases, reducing cost of raw material CO2 and adding value to produce lipids and natural carotenoids. For this, microalgae were cultivated in integrated systems between photobioreactors and fermenters. The difference in the cultures was the culture medium and the amount of CO2 produced. Initially, fermentation with medium YPD (Yeast Peptone Dextrose) in 2 L fermenters were coupled every 24 h to photobioreactors in 4 different conditions: 30 g L-1 of dextrose from 72 h culture of microalgae; 60 g L-1 of dextrose from 72 h culture of microalgae; 30 g L-1 of dextrose from 24 h culture of microalgae; and ranging dextrose concentration of (10 to 60) g L-1 from 24 h culture of microalgae (YPD (10-60)/24). The highest values for biomass, carotenoids, productivities and lipids were obtained in the condition YPD (10-60)/24. To reproduce this condition using beer wort, the substrate to product yield was determined and different volumes of beer wort where daily coupled to microalgae cultivations. The values obtained for cultures with CO2 released from these fermentations were 1.10 ± 0.05 g L-1 of biomass, 0.18 ± 0.01 g L-1 d-1 of biomass productivity, 0.58 ± 0.06 d-1 for the specific growth rate, 4.74 ± 0,59 mg g-1 of carotenoids per biomass, 0.86 ± 0.06 mg L-1 d-1 of carotenoids productivity and 13.5 ± 0.4 % (mass fraction) of lipids. These values were almost twice the values observed in the cultivation with CO2 of atmospheric air, showing that the integration between fermenters and photobioreactors is a good alternative to increase microalgae growth. All cultures with D. tertiolecta showed the same profile of carotenoids represented by 46.7 ± 2.0 % of lutein, 22.5 ± 1.6 % of β-carotene, 9.50 ± 0.66 % of zeaxanthin, 1.10 ± 0.16 % of α-carotene and 20.2 ± 3.0 % for others.

O presente trabalho avaliou o crescimento da microalga Dunaliella tertiolecta pela biofixação do CO2 liberado pela produção de cerveja, reciclando um dos gases responsáveis pelo efeito estufa, reduzindo custo da matéria-prima CO2 e agregando valor ao produzir lipídeos e carotenoides naturais. Para isso a microalga foi cultivada em sistemas integrados entre fotobiorreatores e fermentadores. A diferença nos cultivos foi o tipo e a quantidade de CO2 produzida pelas fermentações. Inicialmente se fez fermentações com meio YPD (Yeast Peptone Dextrose) em fermentadores de 2 L acoplados a cada 24 h aos fotobiorreatores em 4 condições distintas, sendo o último fermentador colocado sempre em 144 h de cultivo de microalgas: 30 g L-1 de dextrose a partir de 72 h de cultivo de microalgas, 60 g L-1 de dextrose a partir de 72 h de cultivo de microalgas, 30 g L-1 de dextrose a partir de 24 h de cultivo de microalgas e variando a concentração de (10 à 60) g L-1 de dextrose a partir de 24 h de cultivo de microalgas (YPD (10-60)/24). Os maiores valores para biomassa, carotenoides, produtividades e lipídeos foram obtidos na condição YPD (10-60)/24. Para reproduzir a essa condição utilizando mosto de cerveja, foi calculada a conversão de substrato em produto para, então, acoplar diariamente volumes diferentes de mosto de cerveja em cultivos de microalgas. Os valores obtidos para os cultivos com CO2 desprendidos por estas fermentações foram 1,10 ± 0,05 g L-1 de biomassa, 0,18 ± 0,01 g L-1 d-1 de produtividade de biomassa, 0,58 ± 0,06 d-1 foi a velocidade específica de crescimento, 4,74 ± 0,59 mg g-1 de carotenoides por biomassa, 0,86 ± 0,06 mg L-1 d-1 de produtividade de carotenoides e 13,5 ± 0,4 % (em massa) de lipídeos. Estes valores foram praticamente o dobro dos valores obtidos para o cultivo com CO2 do ar atmosférico, demonstrando que a integração entre fermentadores e fotobiorreatores é uma boa alternativa para indústria alimentícia. Todos cultivos com D. tertiolecta apresentaram o mesmo perfil de carotenoides representado por 46,7 ± 2,0 % de luteína, 22,5 ± 1,6 % de β-caroteno, 9,50 ± 0,66 % de zeaxantina, 1,10 ± 0,16 % de α-caroteno e 20,2 ± 3,0 % para outros. / This study evaluated the growth of microalgae Dunaliella tertiolecta for CO2 biofixation released by brewing, recycling one of the greenhouse gases, reducing cost of raw material CO2 and adding value to produce lipids and natural carotenoids. For this, microalgae were cultivated in integrated systems between photobioreactors and fermenters. The difference in the cultures was the culture medium and the amount of CO2 produced. Initially, fermentation with medium YPD (Yeast Peptone Dextrose) in 2 L fermenters were coupled every 24 h to photobioreactors in 4 different conditions: 30 g L-1 of dextrose from 72 h culture of microalgae; 60 g L-1 of dextrose from 72 h culture of microalgae; 30 g L-1 of dextrose from 24 h culture of microalgae; and ranging dextrose concentration of (10 to 60) g L-1 from 24 h culture of microalgae (YPD (10-60)/24). The highest values for biomass, carotenoids, productivities and lipids were obtained in the condition YPD (10-60)/24. To reproduce this condition using beer wort, the substrate to product yield was determined and different volumes of beer wort where daily coupled to microalgae cultivations. The values obtained for cultures with CO2 released from these fermentations were 1.10 ± 0.05 g L-1 of biomass, 0.18 ± 0.01 g L-1 d-1 of biomass productivity, 0.58 ± 0.06 d-1 for the specific growth rate, 4.74 ± 0,59 mg g-1 of carotenoids per biomass, 0.86 ± 0.06 mg L-1 d-1 of carotenoids productivity and 13.5 ± 0.4 % (mass fraction) of lipids. These values were almost twice the values observed in the cultivation with CO2 of atmospheric air, showing that the integration between fermenters and photobioreactors is a good alternative to increase microalgae growth. All cultures with D. tertiolecta showed the same profile of carotenoids represented by 46.7 ± 2.0 % of lutein, 22.5 ± 1.6 % of β-carotene, 9.50 ± 0.66 % of zeaxanthin, 1.10 ± 0.16 % of α-carotene and 20.2 ± 3.0 % for others.