Made available in DSpace on 2016-06-02T19:30:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6752.pdf: 4579140 bytes, checksum: b319a63f17cf6c81e23c5fddb8d6d2f5 (MD5) Previous issue date: 2015-03-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / The microalgae Haematococcus pluvialis has been studied as one of the main natural sources of astaxanthin carotenoid, potent antioxidant with applications in the nutraceutical and cosmetic industry. H. pluvialis is a microalgae Chlorophyceae whose life cycle includes a phase encystment with high pigment production. In recent years there has been increased activity, processes and applications involving the use of H. pluvialis and its biomass, however H. pluvialis culture do not achieve generally high biomass and species is considered delicate, a slow-growing. Thus, the production and use of the pigment depends on the microorganism and biological, physical and chemical interactions which result in high production of green cells which subsequently form red astaxanthin filled cysts. In this study we sought to optimize the vegetative growth of microalgae, increased the final biomass yield in crops. To this end we investigated the composition of the nutrient medium different pHs and culture methods (sealed vs continuous). Determination of photosynthetic efficiency and energy dissipation were used to infer the cellular health in green flagellates, evaluating the different experimental conditions on microalgae. Intracellular biochemical composition analyzes were performed by determining the concentration of proteins, lipids and carbohydrates in addition to the fatty acid composition. The study was initiated by investigating different nutrient media the growth and biomass production and the results showed that modified Oligo LC medium containing ammonium bicarbonate four times more concentrated nutrients and the remaining 2 times, resulting in improved production of biomass. A procedure then to study the influence of pH on vegetative growth, photosynthetic efficiency and biochemical composition of H. pluvialis. For this purpose we used pH buffers (MES, HEPES, and PIPES), and the results showed a higher germination cysts and higher growth rate in buffered at pH 6.3 cultures (growth rate 0.45 d-1; MES buffer). These findings that the production of H. pluvialis can proceed in the absence of a lag phase in cultures inoculated with cysts. Pigments and lipids related to cell wall dominated at pH 6.3 and palmitic acid (C16:0) and linoleic acid (C18:2n6c) were the most abundant fatty acids. PH in the 6.7 and 7.2 crops showed the highest content of polyunsaturated fatty acids, 6% higher than the control. Regarding the methods of cultivation, continuous were better. The biomass showed higher protein content and the larger culture growth rate and biomass of the sealed. The photosynthetic activity and its parameters suffered significant variations in continuous cultures. H. pluvialis responded better as the photosynthetic parameters in various light intensities when in continuous culture, despite the saturation irradiance was higher in batch cultures. / A microalga Haematococcus pluvialis tem sido estudada por ser uma das principais fontes naturais do carotenoide astaxantina, potente antioxidante com aplicações na indústria de nutracêuticos e cosméticos. H. pluvialis é uma microalga Chlorophyceae cujo ciclo de vida inclui uma fase de encistamento onde o pigmento é acumulado. Apesar de registrar-se um aumento de processos e aplicações envolvendo H. pluvialis, suas culturas dificilmente atingem elevada biomassa e a espécie é considerada sensível a variações ambientais, com crescimento lento. Assim, a produção e uso do pigmento e do microorganismo tornam-se dependentes do desenvolvimento de tecnologia relativas aos fatores biológicos, físicos e químicos, cujas interações resultem em alta produção de células verdes para que posteriormente formem cistos vermelhos repletos de astaxantina. Nesta pesquisa buscou-se otimizar o crescimento vegetativo da microalga, aumentado o rendimento de biomassa final nas culturas. Para isso investigouse a composição de meios nutritivos, diferentes pHs (controle, 6.0, 6.3, 6.7 e 7.2) e modalidades de cultivo (estanque vs contínua). Determinações de eficiência fotossintética e dissipação de energia foram usadas para inferir sobre a saúde celular nas células flageladas verdes, avaliando-se as diferentes condições experimentais. Foram feitas análises da composição bioquímica intracelular determinando-se a concentração de proteínas, lipídios e carboidratos, além da composição de ácidos graxos. O estudo foi iniciado investigando-se diferentes meios nutritivos no crescimento e produção de biomassa e, os resultados mostraram que o meio de cultura LC Oligo modificado contendo bicarbonato de amônio 4 vezes mais concentrado e o restante dos nutrientes 2 vezes, resultou no maior rendimento de biomassa. Procedeu-se então ao estudo da influência do pH no crescimento vegetativo, eficiência fotossintética e composição bioquímica da microalga. Os resultados mostraram maior germinação de cistos e maior taxa de crescimento em culturas tamponadas em pH 6.3 com tampão MES (taxa de crescimento 0,53 d-1). Lipídios relacionados a pigmentos e parede celular dominaram nesse pH e, ácido palmítico (C16:0) e linoleico (C18:2n6c) foram os ácidos graxos de maior abundância. Em relação às modalidades de cultivo, os contínuos foram melhores do que os estanques, que tiveram menor conteúdo proteico e taxa de crescimento. A atividade fotossintética e seus parâmetros sofreu menor variação nas culturas contínuas. H. pluvialis respondeu melhor quanto aos parâmetros fotossintéticos em várias intensidades luminosas quando em cultura contínua, apesar da irradiância de saturação ter sido maior em cultivos estanques.

Submitted by Livia Mello (liviacmello@yahoo.com.br) on 2016-10-10T20:21:26Z No. of bitstreams: 1 DissGML.pdf: 3541713 bytes, checksum: 0c6f05408f457af46db02eef2c8ca598 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T19:53:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissGML.pdf: 3541713 bytes, checksum: 0c6f05408f457af46db02eef2c8ca598 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T19:53:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissGML.pdf: 3541713 bytes, checksum: 0c6f05408f457af46db02eef2c8ca598 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-20T19:53:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissGML.pdf: 3541713 bytes, checksum: 0c6f05408f457af46db02eef2c8ca598 (MD5) Previous issue date: 2016-06-10 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / In recent years, increased use of titanium dioxide nanoparticles (TiO 2 NPs) in consumer products and technological devices has raised concerns regarding their environmental impacts and their risks to human health. Ecotoxicological studies have been used as a tool to analyze the toxic potential of TiO 2 NP S in different trophic levels, such as primary producers (algae) and first order consumers (cladocerans). In the present study, the chronic effects of TiO2 NPS on the population growth of the microalgae chlorophycean Pseudokirchneriella subcapitata was evaluated during an exposure period of 96 hours, under conditions of temperature and photoperiod similar to those found in tropical ecosystems. New methods were developed for the separation of the aggregates between the algae cells and TiO2 NPS, whose formation was observed at above 0.01 mg L-1 concentrations after a period of 96 hours’ exposure. The only effective method was the one in which the cells were washed three times with a metal chelator (EDTA), with duration of 1 minute for each wash. In the toxicity chronic test, there was obtained a significant inhibition of algal growth from the concentration of 64 mg L-1 of TiO2 NPs, with a concentration of 50% inhibition of algal cells (96 h - IC50) of 201.22 mg L -1 in 96 h of exposure. Then, it was evaluated the acute effects of exposure by contact and the chronic effects of TiO2 NPs for the cladoceran Ceriodaphnia silvestrii, using contaminated food (Pseudokirchneriella subcapitata) as a route of exposure. In acute toxicity tests was obtained the average value of EC50 - 48 h of 77.57 mg L-1. In chronic toxicity tests, it was observed significant differences in survival from the concentration of 0.01 mg L-1, while for the body length, the number of eggs and neonates produced, toxic effects were observed from the concentration of 1 mg L-1. These results indicate that the nano-TiO2 NPS had a deleterious effect on the growth of Pseudokirchneriella subcapitata only at concentrations above those normally found in natural aquatic environments. For the cladoceran Ceriodaphnia silvestrii, the route of dietary exposure indicated a greater toxic effect. / Nos últimos anos, o aumento do uso das nanopartículas de dióxido de titânio (nano-TiO2) em produtos de consumo e em dispositivos tecnológicos tem gerado preocupações relativas aos seus impactos ambientais e seus riscos à saúde humana. Estudos ecotoxicológicos têm sido utilizados como uma ferramenta para analisar o potencial tóxico das nano-TiO2 em diversos níveis tróficos, tais como produtores primários (algas) e consumidores de primeira ordem (cladóceros). No presente estudo, os efeitos crônicos das nano-TiO2 sobre o crescimento populacional da microalga clorofícea Pseudokirchneriella subcapitata foi avaliado durante um período de exposição de 96 horas, sob condições de temperatura e de fotoperíodo semelhantes às encontradas em ecossistemas de regiões tropicais. Foram desenvolvidas novas metodologias para separação dos agregados entre as células algais e as nano-TiO2, cuja formação foi observada nas concentrações acima de 0,01 mg L -1 após um período de exposição de 96 horas. O único método eficiente foi aquele em que as células foram lavadas três vezes com um quelante de metal (EDTA), com duração de 1 minuto para cada lavagem. No teste de toxicidade crônico obteve-se inibição significativa do crescimento algal a partir da concentração de 64 mg L-1 de nano-TiO2, com uma concentração de inibição a 50% das células algais (CI 50 - 96h) de 201,22 mg L-1 em 96 h de exposição. Em seguida, foram avaliados os efeitos agudos via exposição por contato e os efeitos crônicos das nano-TiO2 para o cladócero Ceriodaphnia silvestrii, utilizando o alimento (Pseudokirchneriella subcapitata) contaminado como via de exposição. Nos testes de toxicidade aguda foi obtido o valor médio de CE50 - 48 h de 77,57 mg L-1. Nos ensaios de toxicidade crônica, diferenças significativas foram observadas na sobrevivência a partir da concentração de 0,01 mg L -1, enquanto que para o comprimento corporal, o número de ovos e o número de neonatas produzidos, os efeitos tóxicos foram observados a partir da concentração de 1 mg L-1. Tais resultados indicam que as nano-TiO2 possuíram um efeito deletério sobre o crescimento de Pseudokirchneriella subcapitata somente em concentrações acima daquelas normalmente encontradas em ambientes aquáticos naturais. Para o cladócero Ceriodaphnia silvestrii, a via de exposição alimentar indicou um maior efeito tóxico. / CNPq: 305698/2013-30 / FAPESP: 2014/14139-3 e 2016/00753-7

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BrunaMEC_DISSERT.pdf: 1873830 bytes, checksum: 826b39ab376c52af03d9abc3c0b121dd (MD5) Previous issue date: 2010-12-21 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Global warming due to Greenhouse Gases (GHG) emissions, especially CO2, has been identified as one of the major problems of the twenty-first century, considering the consequences that could represent to planet. Currently, biological processes have been mentioned as a possible solution, especially CO2 biofixation due to association microalgae growth. This strategy has been emphasized as in addition to CO2 mitigation, occurs the production of biomass rich in compounds of high added value. The Microalgae show high photosynthetic capacity and growth rate higher than the superior plants, doubling its biomass in one day. Its culture does not show seasons, they grow in salt water and do not require irrigation, herbicides or pesticides. The lipid content of these microorganisms, depending on the species, may range from 10 to 70% of its dry weight, reaching 90% under certain culture conditions. Studies indicate that the most effective method to promote increased production of lipids in microalgae is to induce stress by limiting nitrogen content in the culture medium. These evidences justify research continuing the production of biofuels from microalgae. In this paper, it was studied the strategy of increasing the production of lipids in microalgae I. galbana with programmed nutritional stress, due to nitrogen limitation. The physiological responses of microalgae, grown in f / 2 with different concentrations of nitrogen (N: P 15,0-control, N: 5,0 P and N: P 2,5) were monitored. During exponential phase, results showed invariability in the studied conditions. However the cultures subjected to stress in stationary phase, showed lower biomass yields. There was an increase of 32,5% in carbohydrate content and 87.68% in lipids content at N: P ratio of 5,0 and an average decrease of 65% in protein content at N: P ratios of 5, 0 and 2.5. There were no significant variations in ash content, independently of cultivation and growth phase. Despite the limitation of biomass production in cultures with N: P smaller ratios, the increase of lipid accumulation highest lipids yields were observed as compared to the control culture. Given the increased concentration of lipids associated to stress, this study suggests the use of microalgae Isochrysis galbana as an alternative raw material for biofuel production / O aquecimento global decorrente da emiss?o dos gases geradores do Efeito Estufa (GEE), em especial o CO2, ? um dos problemas mais graves do s?culo XXI, tendo em vista as conseq??ncias que esse agravante pode trazer ao planeta. Atualmente, os processos biol?gicos v?m sendo apontados como uma poss?vel solu??o, principalmente a biofixa??o do CO2 por microalgas. Essa estrat?gia tem sido ressaltada, uma vez que, paralelamente a mitiga??o do CO2 ocorre ? produ??o de biomassa rica em compostos de alto valor econ?mico agregado. As microalgas possuem alta capacidade fotossint?tica e taxa de crescimento superior aos vegetais superiores, duplicam a sua biomassa em um dia. O seu cultivo n?o segue regime de safras, s?o cultivadas em meio salino simples e n?o exigem irriga??o, herbicidas ou pesticidas. O teor de lip?dios destes microrganismos, dependendo da esp?cie, varia de 1 a 70% do seu peso seco, podendo chegar a 90% em certas condi??es de cultivo. Estudos indicam que ? poss?vel aumentar a produ??o de lip?dios pelas microalgas atrav?s de estresses fisiol?gicos induzidos pela restri??o do nitrog?nio no meio de cultura. Essas evid?ncias justificam pesquisas envolvendo a produ??o de biocombust?veis a partir de microalgas. No presente trabalho, estudou-se a estrat?gia de aumentar a produ??o de lip?dios pela microalga I. galbana atrav?s de um estresse nutricional programado, ocasionado pela restrin??o do nitrog?nio. Foram acompanhadas as respostas fisiol?gicas desta esp?cie, cultivada em meio f/2 com diferentes concentra??es de nitrog?nio (raz?es m?ssica N:P 15,0-controle, N:P 5,0 e N:P 2,5). Durante a fase exponencial, as an?lises mostraram uma invariabilidade para os cultivos estudados. Por?m, na fase estacion?ria, os cultivos submetidos ao estresse, indicaram menores rendimentos em biomassa. Observou-se um amento de 32,5% nos n?veis de carboidratos e de 87,68% no teor de lip?deos na raz?o N:P 5,0 e uma redu??o m?dia de 65% de prote?na nas raz?es N:P 5,0 ou 2,5. N?o houve varia??es significativas no teor de cinzas, independente das condi??es de cultivo e fase de crescimento. Apesar da limita??o de biomassa, o aumento do ac?mulo de lip?dios pelas culturas estressadas, proporcionou maiores produtividades de lip?dios, conseq?entemente este estudo sugere a utiliza??o da microalga Isochrysis galbana como fonte alternativa para a produ??o de biocombust?vel

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-09-27T10:38:17Z No. of bitstreams: 2 Tese - Pabline Rafaella Mello Bueno de Almeida - 2018.pdf: 1910914 bytes, checksum: a02d6c0bfc2051f0e79d3cb940f68bf9 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-09-27T10:47:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Pabline Rafaella Mello Bueno de Almeida - 2018.pdf: 1910914 bytes, checksum: a02d6c0bfc2051f0e79d3cb940f68bf9 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-27T10:47:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - Pabline Rafaella Mello Bueno de Almeida - 2018.pdf: 1910914 bytes, checksum: a02d6c0bfc2051f0e79d3cb940f68bf9 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-08-24 / It was intended to measure the productive performance, economic viability and the quality of the fillets of Nile tilapia supplemented with different levels of Arthrospira platensis in grow-out phase. The experiment was conducted in randomized blocks design with split-plots in time (slaughter after 30 and 60 days of suplementation), composed for four treatments (T1: 0%; T2: 1%; T3: 3% e T4: 5% de A. platensis) and four repetitions. Were used 480 tilapia (461.39 g), distributed in 16 boxes. The production performance was evaluated through of survival rate (SR), final weight (FW), biomass (BMf), individual weight gain (WG), feed intake (FI), apparent feed conversion (AFC), gutted fish yield (GFY) and the fillet yield (FY) and the biometric hepatosomatic indexes (HI) and the fat viscerosomatic indexes (FVI). The economic viability was verified for partial operating costs (POC), gross revenue (GR), net partial revenue (NPR) and costs incidence (CI). The quality of fillets was verified for centesimal composition, water holding capacity (WHC), cooking loss (CL), shear force, pH, color, fatty acid profile, cholesterol concentration, thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) and carbonyl and sulfhydryl groups of the proteins. The data were analyzed for the time effect of supply of diets by analysis of variance, followed by the comparison of averages by Tukey and the others inclusion levels of A. platensis by regression to 5% probability. The FW, WG, BMf, SR, FI, AFC, FY, FVI, moisture, lipids and ashes content, WHC, CL, shear force, lightness, ratio n-6/n-3 and PUFA/SFA, atherogenicity and thrombogenicity indexes, lipid and protein oxidation parameters showed no difference between the supplementation times. The cultivation for 60 days resulted in an elevation of GFY of T1 and muscle protein content of T2, and the reduction of HI of all treatments, pH of T1, a* of T4, b* of T3 and T4, SFA and MUFA of T1 and T2 and cholesterol of T3 fillets. The inclusion of microalgae levels were significant at 60 days for FY, a* and PUFA/SFA, at 30 days for moisture content, CL and trans fatty acids and both periods for POC, CI, NPR and TBARS. The concentrations of n-3 fatty acids were low and the ratios n-6/n-3 and PUFA/SFA of the fillets were similar to those of T1. Although the Arthrospira has characteristics that provide some growth improvement of the animals and the muscular lipid profile and antioxidant action on the lipid and protein fraction of the fillets, generally, these effects were not significant in the productive performance and in the physical-chemical quality and nutritional value of tilapia meats. Many of the parameters evaluated for cyanobacteria treatments were similar to those obtained in the control treatment. In addition, the supplementation of the feed step up too much the expenses of production. Thus, Arthrospira platensis is still an expensive ingredient and the relation costbenefit was low, its inclusion in levels of 1 to 5% in the Nile tilapia feed at the end stage is not advantageous for the activity. / Objetivou-se avaliar o desempenho produtivo, viabilidade econômica e qualidade dos filés de tilápias do Nilo suplementadas com diferentes níveis de Arthrospira platensis na fase de terminação. O experimento foi conduzido em delineamento em blocos casualizados, com parcela subdividida no tempo (abate após 30 e 60 dias de suplementação), composto por quatro tratamentos (T1: 0%; T2: 1%; T3: 3% e T4: 5% de A. platensis) e quatro repetições. Foram utilizadas 480 tilápias (461,39 g), distribuídas em 16 caixas. O desempenho produtivo foi avaliado por meio da taxa de sobrevivência (TS), peso final (Pf), biomassa (BMf), ganho de peso individual (GP), consumo de ração (CR), conversão alimentar aparente (CAA), rendimentos de peixe eviscerado (RPE) e de filé (RF), índice hepatos-somático (IHS) e gordura vísceros-somática (IGVS). A viabilidade econômica foi verificada pelo custo operacional parcial (COP), receita bruta (RB), receita líquida parcial (RLP) e incidência de custos (IC). A qualidade dos filés foi analisada pela composição centesimal, capacidade de retenção de água (CRA), perda de peso por cocção (PPC), força de cisalhamento, pH, cor, perfil de ácidos graxos, concentração de colesterol, substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) e oxidação de grupos carbonila e sulfidrila de proteínas. Os dados foram analisados em relação ao efeito do tempo de fornecimento das dietas por análise de variância, seguida de comparação das médias por Tukey e dos níveis de inclusão de Arthrospira por regressão a 5% de probabilidade. Os parâmetros Pf, GP, BMf, TS, CR, CAA, RF, IGVS, teor de umidade, lipídeos e cinzas, CRA, PPC, força de cisalhamento, luminosidade, razão n-6/n-3 e AGPI/AGS, índices de aterogenicidade e trombogenicidade, oxidação lipídica e proteica não apresentaram diferença entre os tempos de suplementação. O cultivo por 60 dias resultou em elevação do RPE do T1 e do teor de proteína muscular do T2, e redução dos IHS de todos os tratamentos, do pH do T1, do a* do T4, de b* de T3 e T4, dos AGS e AGMI de T1 e T2 e do colesterol dos filés de T3. Os níveis de inclusão da microalga foram significativos no tempo de 60 dias para o RF, a* e AGPI/AGS, de 30 dias para teor de umidade, PPC e ácidos graxos trans e ambos os períodos para COP, IC, RLP e TBARS. As concentrações de ácidos graxos n-3 foram baixas e as razões n-6/n-3 e AGPI/AGS dos filés foram semelhantes ao do T1. Apesar da Arthrospira possuir características que proporcionam melhora da taxa de crescimento dos animais e do perfil lipídico muscular e ação antioxidante sobre a fração lipídica e proteica dos filés, de modo geral, esses efeitos não foram significativos no desempenho produtivo e na qualidade físico-química e nutricional das carnes de tilápia. Muitos dos valores dos parâmetros avaliados para os tratamentos com cianobactéria se assemelharam aos obtidos no tratamento controle. Ademais, a suplementação das rações incrementou demasiadamente as despesas de produção. Portanto, como a Arthrospira platensis ainda é um ingrediente caro e a relação custo-benefício foi baixa, sua adição à alimentação de tilápias do Nilo na fase de terminação não é vantajosa para a atividade.

Orientador: Telma Teixeira Franco / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-09T23:18:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_EduardoJacob_D.pdf: 2856802 bytes, checksum: 99aa69511cd3a23d2bb08b6d88de2a71 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A conversão fotossintética de dióxido de carbono em fotobiorreatores foi investigada com o propósito do desenvolvimento de um sistema biológico para o seqüestro de carbono. O processo utilizado consiste na transferência de dióxido de carbono gasoso para a fase líquida de um reator, no qual este composto é convertido em produtos do metabolismo fotossintético pela atividade de microalgas. Em face disto, o trabalho teve por objetivos: (1) avaliar o cultivo fotossintético da microalga $SKDQRWKHFH_ PLFURVFRSLFD_ 1lJHOL em diferentes condições de temperatura, intensidade luminosa e concentração de dióxido de carbono; (2) avaliar a cinética de absorção/dessorção de dióxido de carbono em fotobiorreatores; (3) definir as condições operacionais apropriadas para a remoção biológica de carbono; (4) avaliar os efeitos dos ciclos de luminosidade na fixação de dióxido de carbono e (5) estudar diferentes configurações e modos de operação de fotobiorreatores para remoção de CO2. A capacidade de seqüestro de carbono do sistema foi considerada através de análises dos perfis de CO2 livre na fase líquida do sistema, medidas das concentrações da fase gasosa e conversão estequiométrica em biomassa. Os resultados obtidos demonstraram a importância dos parâmetros operacionais avaliados na fixação de carbono em biomassa, bem como na remoção de global de CO2. O uso da metodologia de superfície de resposta foi adequada na otimização do processo, a qual resultou em um acréscimo superior a 58% nas densidades celulares máximas. O efeito da duração do ciclo de luz foi determinante no desempenho do processo, resultando em reduções de eficiências máximas de até 99,69%. As configurações de reatores estudadas demonstraram o melhor desempenho dos sistemas air-lift, quando comparados aos reatores de coluna de bolhas. Quanto ao modo de operação, os sistemas com recirculação do ar contaminado demonstraram-se eficientes para o abatimento de reduzidas quantidades de dióxido de carbono, embora as séries de dois reatores ligados em série tenham maior eficiência e capacidade de eliminação de dióxido de carbono. O atual estágio de desenvolvimento deste trabalho evidenciou o potencial da aplicação deste tipo de reator em processos de seqüestro de carbono, devido às elevadas taxas de eliminação obtidas. Entretanto, apenas a caracterização parcial das rotas de conversão fotossintética de CO2 foi considerada / Abstract: The photosynthetic conversion of carbon dioxide in photobioreactors was investigated with the objective of developing a biological carbon sequestering system. The process used consisted of transferring gaseous carbon dioxide to the liquid phase of a reactor, in which this compound was converted into photosynthetic metabolism products by the activity of microalgae. Considering this, the objectives of the present work were: (1) evaluate the photosynthetic culture of the microalgae $SKDQRWKHFH_PLFURVFRSLFD_1lJHOL under different conditions of temperature, light intensity and carbon dioxide concentration; (2) evaluate the absorption/desorption kinetics of carbon dioxide in photobioreactors; (3) define the appropriate operational conditions for the biological removal of carbon; (4) evaluate the effects of light cycles on the fixation of carbon dioxide and (5) study different configurations and operational modes of photobioreactors for the removal of CO2. The carbon sequestering capacity of the system was considered from an analysis of the free CO2 profiles in the liquid phase of the system, measurements of the gas phase concentration and the stoichiometric conversion into biomass. The results obtained demonstrated the importance of the operational parameters evaluated in the fixation of carbon in biomass, as also in the overall removal of CO2. The use of response surface methodology was adequate to optimise the process, and resulted in an increase greater than 58% in the maximum cell density. The effect of the duration of the light cycle was determinant in process performance, resulting in reductions in maximum efficiency of up to 99.69%. The configurations of the reactors studied demonstrated the superior performance of airlift systems, as compared to bubble-column reactors. With respect to operational mode, the systems involving the recirculation of contaminated air were shown to be efficient in decreasing reduced amounts of carbon dioxide, although two reactors connected in series were more efficient and showed greater capacity in eliminating carbon dioxide. The current stage of development of this work is evidence of the potential for the application of this type of reactor in carbon sequestering processes, due to the elevated elimination rates. However, only the partial characterisation of the photosynthetic CO2 conversion routes was considered. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-02-21T12:25:06Z No. of bitstreams: 1 Priscilla Celes Maciel de Lima.pdf: 624051 bytes, checksum: d9a1b02edcd4c5b2305b916e642bf19e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-21T12:25:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Priscilla Celes Maciel de Lima.pdf: 624051 bytes, checksum: d9a1b02edcd4c5b2305b916e642bf19e (MD5) Previous issue date: 2017-07-21 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Among the production systems in aquaculture, the intensive system with bioflocs has been highlighting. Considering the great potential of this system for the cultivation of tilapia, the objective of this work was to evaluate the effect of the addition of microalgae (Chlorella vulgaris) and molasses quantity on the water quality, zootechnical performance, centesimal composition and hematological profile of Nile tilapia fingerlings grown in low salinity (10 g L-1). Fingerlings of Oreochromis niloticus with an average weight of 3.15 ± 0.5g were used, they were distributed in 12 rectangular boxes with an usable volume of 50 liters (0.05 m3) at a density of 680 fish m-3, in a factorial design (addition of microalgae and amount of molasses), making four treatments, being: two of them with molasses in the amount of 30% of the feed offered, BFT-30 (without C. vulgaris) and BFT-C30 (with C. vulgaris), and two with molasses in the amount of 50% of the feed offered, BFT-50 (without C. vulgaris) and BFT-C50 (with C. vulgaris), with three replicates each. The study lasted 70 days, during which time the molasses were added daily and the microalga was inoculated every five days to leave the experimental units in the concentration of 5x104 cell mL-1. At the end, the final weight, final length, specific growth rate, survival, feed conversion factor, protein efficiency rate, water consumption, sedimentation use and hematological profile showed significant differences (p≤0.05) when the effect of the amount of molasses addition was evaluated, as well as the combination of factors. The effect of the level of molasses addition was significant for most variables, while the addition of microalga was significant only for water consumption, planktonic community and mean corpuscular volume. The treatments with lower molasses addition (30%) presented better results, due to the fact that in the treatments with more molasses addition (BFT-50 and BFTC50) higher values of sedimentable solids were found (>50 mL L-1), which probably affected negatively the zootechnical performance of the animals. Therefore, the use of culture systems with bioflocs is a good option for production of Nile tilapia fingerlings, however, it is suggested a low rate of molasses addition in the culture system. / Entre os sistemas de produção aquicola, o sistema intensivo com bioflocos vêm se destacando. Considerando o grande potencial deste sistema para o cultivo de tilápia, objetivou-se avaliar o efeito da adição de microalga (Chlorella vulgaris) e da quantidade de melaço na qualidade de água, desempenho zootécnico, composição centesimal e perfil hematológico de alevinos de tilápia do nilo cultivados em baixa salinidade (10 g L-1). Foram utilizados alevinos de Oreochromis niloticus com peso médio de 3,15 ± 0,5g, distribuídos em 12 caixas retangulares com volume útil de 50 litros (0,05 m3) na densidade de 680 peixes m-3, em um delineamento fatorial (adição de microalga e quantidade de melaço), perfazendo quatro tratamentos, sendo eles: dois com melaço na quantidade de 30% da ração ofertada, BFT-30 (sem C. vulgaris) e BFTC30 (com C. vulgaris), e dois com melaço na quantidade de 50% da ração ofertada, BFT-50 (sem C. vulgaris) e BFT-C50 (com C. vulgaris), com três repetições cada. O estudo teve duração de 70 dias, nesse período o melaço foi adicionado diariamente e a microalga foi inoculada a cada cinco dias para deixar as unidades experimentais na concentração de 5x104 células mL-1. Ao final, o peso final, comprimento final, taxa de crescimento específico, sobrevivência, fator de conversão alimentar, taxa de eficiência proteica, consumo de água, uso de sedimentador e perfil hematológico apresentaram diferenças significativas (p≤0,05) quando avaliado o efeito da quantidade de adição de melaço, assim como a combinação dos fatores. O efeito do nível da adição de melaço foi significativo para a maioria das variáveis, enquanto que a adição da microalga foi significativa apenas para consumo de água, comunidade plânctonica e volume corpuscular médio. Os tratamentos com menor adição de melaço (30%) apresentaram melhores resultados, devido ao fato de que nos tratamento com maior adição de melaço (BFT-50 e BFT-C50) encontrou-se maiores valores de sólidos sedimentáveis (>50 mL L-1), que provavelmente afetou negativamente o desempenho zootécnico dos animais. Portanto, a utilização de sistemas de cultivo com bioflocos é uma boa opção para produção de alevinos tilápia, contudo, sugere-se uma baixa taxa de adição de melaço no sistema de cultivo.

Orientador: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T15:05:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_GustavoPereirade_M.pdf: 7665145 bytes, checksum: 3fef8dc5d333834f8117015fea3b10ef (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A produção de energia por meio de fontes renováveis é uma exigência atual para se atingir uma economia sustentável. Os organismos fotossintetizantes surgem nesse contexto como ferramentas importantes na produção de compostos carbônicos ricos em energia, com destaque para microalgas em que tais compostos podem atingir até 80% do peso seco. Entretanto, um fator ainda desfavorável para sua utilização é o seu baixo rendimento na produção de biomassa. A espécie Chlamydomonas reinhardtii, por exemplo, é capaz de duplicar apenas algumas vezes durante 24 horas. As vias que controlam o crescimento celular, portanto, são alvos promissores para modificação genética. Dentre essas vias, à via de sinalização sensível à rapamicina aparece como um controlador central. Com o intuito de entender melhor como esse controle é exercido ao nível da expressão gênica global, foi utilizado a ferramenta de sequenciamento de RNA em larga escala para obtenção dos transcriptomas de culturas (sincronizadas) sob inibição dessa via e na condição controle, em oito momentos ao longo de um ciclo celular de 24h. O controle exercido por essa via sobre o metabolismo e sobre o ciclo celular foi o foco das análises. Foi encontrado que a inibição da via da TOR é capaz de gerar uma resposta de direcionamento parcial do metabolismo para a produção de TAG em detrimento de moléculas complexas como proteínas. Esse direcionamento foi considerado parcial devido à ocorrência concomitante de reações catabólicas. Outros dados obtidos sugerem que a via da TOR, além de regular o metabolismo de uma maneira geral e diversas funções celulares, também exerce influência sobre o progresso do ciclo celular e sua inibição resulta no atraso do desenvolvimento das fases do ciclo. Diversos fatores reguladores da transcrição envolvidos no desenvolvimento, no crescimento e na regulação do ciclo celular, foram encontrados diferencialmente expressos e constituem possíveis genes chave no controle do crescimento. Eles representam alvos em potencial para modificação genética com intuito de otimizar as taxas de crescimento na primeira etapa do sistema de produção. Na busca de alternativas aos processos atuais de indução do acúmulo de cadeias carbônicas, os efeitos da combinação rapamicina e via da TOR representam uma abordagem interessante para pesquisas futuras para viabilização da utilização de microalgas como fonte de energia. Este estudo possibilitou um melhor entendimento da atuação da via da TOR no crescimento e progresso do ciclo celular em C. reinhardtii ao nível de expressão gênica / Abstract: The energy production through renewable sources is an actual demand for achieving a sustainable economy. In this context, photosynthesizing organisms come to light as important tools for the production of energy-rich carbonic compounds, especially the microalgae, in which these compounds can reach up to 80% of the dry weight. However, an unfavorable factor for its utilization is the low yield of biomass production. The species Chlamydomonas reinhardtii, for instance, is capable of achieving only some duplication after 24 hours. The pathways that control cell growth are therefore promising targets for genetic modification. Among them, the rapamycin-sensitive signaling pathway emerges as a central controller. With the aim of better understanding how this control is fulfilled by the means of global gene expression, the high throughput RNA sequencing technology was used. With it, the synchronized cultures transcriptome under the inhibition of this pathway and in the control condition, of eight points during a cellular cycle of 24 hours, were obtained. The metabolism and the cell cycle control by the TOR pathway was the main focus of the analysis. It was found that the inhibition of this pathway is capable to partially draw the metabolism towards TAG production to the detriment of producing more complex chains as proteins. This directing was considered partial due to the concomitant occurrence of catabolic reactions. Other data suggested that the TOR pathway, apart from the metabolism regulation in a general way and regulation of many other cellular functions, also influence the cell cycle progression and its inhibition retards the development of cell phases. Several transcription regulators involved in development, growth and cell cycle regulation were found out to be differentially expressed and are likely to constitute key genes in growth control. They represent potential targets for genetic modification aiming the optimization of growth rate in the first step of the production system. In the search for alternatives to the current process of inducing carbon chain accumulation, the effects of the combination between rapamycin and TOR pathway represent an interesting approach for future research intending to turn the utilization of microalgae as an energy source into a feasible option. This study enabled a better understanding of the role of the TOR pathway in growth and cell cycle progression of C. reinhardtii at the level of gene expression / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular

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.

A vinhaça é um dos resíduos provenientes da indústria sucroalcooleira, sendo gerados em média 12 litros do efluente para cada litro de álcool produzido. Uma elevada carga orgânica torna a vinhaça potencial agente poluidor, podendo a disposição direta no solo representar solução ambientalmente desvantajosa para este resíduo. Diante do crescimento do setor sucroalcooleiro no Brasil e da necessidade de gestão do volumoso resíduo, este estudo avaliou duas formas de tratamentos físico-químicos da vinhaça, a precipitação química e a flotação por ar dissolvido (FAD), além de um tratamento biológico através do cultivo de microalgas no efluente do sistema FAD. Avaliou-se, adicionalmente, o potencial nutritivo do sólido separado pela FAD para aplicação como suprimento em alimentação animal. A precipitação química foi estudada variando-se pH (via adição NaOH) e tempo de reação, tendo atingido eficiências de remoção de fósforo, amônia e potássio de 31,3 ± 3,4%, 7,8 ± 4,1% e 9,7 ± 0,7%, respectivamente na faixa de pH de 8,5 a 9,5. Na FAD apenas o parâmetro dosagem apresentou significância estatística na separação dos sólidos suspensos da vinhaça. A dosagem e o percentual de recirculação foram avaliados em ensaios de clarificação e de espessamento de lodo de vinhaça. Desses ensaios obteve-se que todas as faixas de dosagens e recirculações geraram eficiências de remoção de sólidos extremamente elevadas, sendo a dosagem de 20 mg/L de polímero e 13% de recirculação adotadas como vantajosas, apresentando remoção de 98,5% da turbidez. Tal configuração gerou parâmetros de projeto de flotadores de alta eficiência, com elevadas taxas de aplicação superficial. O sólido separado na FAD apresentou interessante potencial nutritivo quando comparado bromatologicamente a produtos já utilizados como alimento para bovinos. O cultivo no efluente do sistema FAD não apresentou resultados positivos mesmo na mínima concentração testada (10% v/v de vinhaça) com relação a crescimento de Chlorella vulgaris Beijerink (1890), provavelmente pela vantagem competitiva das bactérias e possível toxicidade da vinhaça em concentrações elevadas. / The stillage is a waste from the sugar and alcohol industry, which generated on average 12 liters of effluent per liter of alcohol produced. A high organic load makes the vinasse a potential pollutant agent and a direct placement in soil represent environmentally disadvantageous solution to this residue. Given the growth of this sector in Brazil and the need for this bulky waste management, this study evaluated two forms of physicochemical treatments of vinasse: chemical precipitation and dissolved air flotation (DAF), and biological treatment through microalgae cultivation in the effluent of the FAD system. Additionally, it was assessed the nutritional potential of solid separated by FAD for application as animal food supply. Chemical precipitation was studied at varying pH (by adding NaOH) and reaction time, reaching efficiencies of phosphorus, ammonia and potassium removal of 31.3 ± 3.4%, 7.8 ± 4.1% and 9.7 ± 0.7% respectively in the pH range of 8.5 to 9.5. In FAD, only the dosage parameter showed statistical significance in the separation of suspended solids of the stillage. The dosage and the percentage of recirculation were analysed in tests of clarification and thickening sludge stillage. From these tests it was found that all dosages and recirculations ranges generated extremely high solids removal efficiencies, in wich the dosage of 20 mg/ L of polymer and 13% recirculation was adopted as advantageous, with turbidity removal about of 98.5%. Such configuration generated design parameters of high efficiency floaters, with high flow rates. The separated solid in FAD showed interesting nutritional potential when bromatologically compared to products already used as food for cattle. The cultivation in the effluent of FAD system did not show positive results even at the minimum concentration tested (10% v/v vinasse with respect to growth of Chlorella vulgaris Beijerink (1890), probably due the competitive advantage of bacterias and possible toxicity of vinasse in high concentrations.

The taxonomical identification of freshwater green microalgae is highly relevant problem in Phycology. In particular, the taxonomical identification of samples from the Selenastraceae family of algae is considered particularly problematic with many known inconsistencies. Biologists manually inspect and analyze microscope images of alga strains, and typically carry out several complex and time-consuming procedures that demand considerable expert knowledge. Such practical limitations motivated this investigation on the applicability of image processing, pattern recognition and visual data mining techniques to support the biologists in tasks of species identification. This thesis describes methodologies for the classification of green alga images, considering both traditional automated classification processes and also a user-assisted incremental classification process supported by Neighbor Joining tree visualizations. In this process, users can interact with the visualizations to introduce their knowledge into the classification process, e.g. by selecting suitable training sets and evaluate the results, thus steering the classification process. In order for visualization and classification to be feasible, accurate features must be obtained from the images capable of distinguishing between the different species of algae. As morphological shape properties are a fundamental property in identifying species, suitable segmentation and shape feature extraction strategies have been developed. This was particularly challenging, as different alga species share common morphological characteristics. Two segmentation methodologies are introduced, in which one relies on the level set method and the other is based on the region growing principle. Although the contour-based approach is capable of handling the uneven conditions of green alga images, its computation is time-consuming and not suitable for real time applications. A specialized formulation of the region-based methodology is proposed that considers the specific characteristics of the green alga images handled. This second formulation was shown to be more efficient than the level set approach and generates highly accurate segmentations. Once accurate alga segmentation is achieved, two descriptors are proposed that capture alga shape properties, and also an effective general shape descriptor that computes quantitative measures from two signatures associated to the shape properties. Experimental results are described that indicate that the proposed solutions can be useful to biologists conducting alga identification tasks once it reduces their effort and attains satisfactory discrimination among species. / A identificação taxonômica de algas verdes de água doce é um problema de extrema relevância na Ficologia. Identificar espécies de algas da família Selenastraceae é uma tarefa complexa devido às inconsistências existentes em sua taxonomia, reconhecida como problemática. Os biólogos analisam manualmente imagens de microscópio de cepas de algas e realizam diversos procedimentos demorados que necessitamde conhecimento sólido. Tais limitaçõesmotivaramo estudo da aplicabilidade de técnicas de processamento de imagens, reconhecimento de padrões e mineração visual de dados para apoiar os biólogos em tarefas de identificação de espécies de algas. Esta tese descreve metodologias computacionais para a classificação de imagens de algas verdes, nas abordagens tradicional e baseada em classificação visual incremental com participação do usuário. Nesta última, os usuários interagem com visualizações baseadas em árvores filogenéticas para utilizar seu conhecimento no processo de classificação, como por exemplo, na seleção de instâncias relevantes para o conjunto de treinamento de um classificador, como também na avaliação dos resultados. De forma a viabilizar o uso de classificadores e técnicas de visualização, vetores de características devem ser obtidos das imagens de algas verdes. Neste trabalho, utiliza-se extração de características de forma, uma vez que a taxonomia da família Selenastraceae considera primordialmente as características morfológicas na identificação das espécies. No entanto, a obtenção de características representativas requer que as algas sejam precisamente segmentadas das imagens. Esta é, de fato, uma tarefa altamente desafiadora considerando a baixa qualidade das imagens e a maneira pelas quais as algas se organizam nas imagens. Duas metodologias de segmentação foram introduzidas: uma baseada no método Level Set e outra baseada no algoritmo de crescimento de regiões. A primeira se mostrou robusta e consegue identificar com alta precisão as algas nas imagens, mas seu tempo de execução é alto. A outra apresenta maior precisão e é mais rápida, uma vez que as técnicas de pré-processamento são especializadas para as imagens de algas verdes. Uma vez segmentadas as algas, dois descritores para caracterizar as imagens foram propostos: um baseado em características geométricas básicas e outro que utiliza medidas quantitativas calculadas a partir das assinaturas de forma. Resultados experimentais indicaram que as soluções propostas têm um bom potencial para serem utilizadas em tarefas de identificação taxonômica de algas verdes, uma vez que reduz o esforço nos procedimentos manuais e obtém-se classificações satisfatórias.