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.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The project aimed to carry out the techno-economic modeling of the heterotrophic microalgae bioreactors application in the poultry and swine abattoirs and processing wastewater treatment and possible exploitation of bioproducts from biomass generated in the process. The project focus was directed to the techno-economic modeling of bioprocesses following: (i) agroindustrial wastewater treatment and integral biomass production (ii) obtaining of bulk oil and lipid extracted algal (LEA) as feedstock for biodiesel conversion process and protein production (iii) obtaining of microalgal carotenoid-rich oleoresin solubilized in soybean oil. The results indicated that the agroindustrial wastewater treatment costs and production of microalgal biomass were USD 2.66 per cubic meter and USD 30 per ton of dried biomass respectively. The obtaining of bulk oil and LEA had a production cost of approx. USD 386.5 and 70.4 per ton. Finally, the oleoresin produced had an estimated production cost in USD 146.9 per kilogram. The results evidenced that the techno-economic modeling of the heterotrophic microalgae bioreactors application are an alternative to substantially minimize the production costs, giving economic sustainability to the agroindustry of poultry and swine processing. / O projeto teve por objetivo realizar a modelagem técnico-econômica da aplicação de biorreatores heterotróficos microalgais no tratamento de efluentes provenientes do abate e processamento de aves e suínos e possível exploração dos bioprodutos provenientes da biomassa gerada no processo. O foco do projeto foi direcionado à modelagem técnicoeconômica dos seguintes bioprocessos: (i) tratamento do efluente agroindustrial e produção de biomassa integral (ii) obtenção de óleo a granel e farelo microalgal desengordurado, como matéria-prima para o processo de conversão de biodiesel microalgal e produção de proteína (iii) obtenção de oleorresina de carotenóides mistos solubilizada em óleo de soja a partir de microalgas. Os resultados indicaram que os custos de tratamento do efluente agroindustrial e produção de biomassa microalgal foram US$ 2,66 por m³ de efluente e US$ 30 por tonelada de biomassa seca respectivamente. A obtenção de óleo a granel e farelo de microalgas obtiveram um custo de produção de US$ 386,5 e 70,4 por tonelada de óleo e farelo, respectivamente. Por fim, a oleorresina produzida teve um custo de produção estimado em US$ 146,9 por quilograma. Os resultados evidenciaram que a modelagem técnico-econômica da aplicação do biorreator heterotrófico microalgal, são uma alternativa para minimizar substancialmente os custos de produção, dando sustentabilidade econômica às agroindústrias de processamento de aves e suínos.

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

Submitted by ANA KARLA PEREIRA RODRIGUES (anakarla_@hotmail.com) on 2017-08-02T16:27:58Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 14733739 bytes, checksum: 0038b680f5c8c43d5ec591f62505739b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-02T16:27:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 14733739 bytes, checksum: 0038b680f5c8c43d5ec591f62505739b (MD5) Previous issue date: 2016-11-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Microalgae are microorganisms with high levels of lipids, proteins, carbohydrates and various metabolites of interest to biofuel and nutraceutical compounds industry. Despite numerous indications for its use as a source for biodiesel production, there are still scientific and technological obstacles that prevent this large-scale production. So this study aimed to evaluate the potential of microalgae strains, isolated from the Northeast of Brazil, for biodiesel production, taking into account their cell growth rates, fuel properties that each biodiesel present and the development of these species in waste media arising from human and agro-industrial activities. Besides analyzing the metabolic changes during the growth stages of some species through conventional and FTIR techniques. Were identified eight species potentials for biodiesel production: Pediastrum tetras (D121WC), Scenedesmus acuminatus (D115WC), Chlamydomonas sp. (D132WC) Lagerheimia longiseta (D133WC), Amphora sp. (M84C), Monoraphidium contortum (D173WC), Chlorella sp. (D101Z) and Cosmarium sp. (D174WC), whose biomass productivity was high, ranging from 0.28 to 0.95 g L-1 d-1 and the ester contents were up to 2.9 times higher than soybeans. As regards the evaluation of fuel parameters of a possible biodiesel produced by microalgae, statistical analysis discriminated chloroficea D101Z as promising species for all the high lipid productivity, low clogging point value filter cold and sharp little iodine value. However, it was found that among the twelve species studied, only chloroficea Monoraphidium contortum and cyanobacterium Synechococcus nidulans not meet the fuel quality specifications. In studies of alternative culture medium, it was observed that formulations with domestic sewage (MDS) and biocomposts of fruit/horticultural wastes (HB) demonstrated promising results for cultivation, especially of Chlorella sp., Chlamydomonas sp., and Lagerheimia longiseta, which demonstrated productivities superior to those seen when grown on the control media. The highest concentrations of lipids were obtained in medium BH and changes in the biochemical composition and esters profile species were observed by varying the culture medium. It was also verified that the protein, carbohydrate and lipid accumulation occurs so distinct phases and the microalgal growth, particularly when modifying the culture medium. And from this perspective that the FTIR technique has demonstrated effectiveness in monitoring these components, especially lipids, which showed for all samples a direct relationship with the conventional technique. A general way species viable for large scale production, can grow in waste media have been proposed in this study. / As microalgas são micro-organismos que podem apresentar elevados teores de lipídeos, proteínas, carboidratos e diversos metabólitos de interesse à indústria de biocombustível e de compostos nutracêuticos. Apesar das inúmeras indicações para sua utilização como fonte para produção de biodiesel, ainda existem entraves econômicos que inviabilizam esta produção em larga escala. Assim, essa pesquisa teve como objetivo avaliar a potencialidade de cepas de microalgas, isoladas da região Nordeste do Brasil, para a produção de biodiesel, levando em consideração suas taxas de crescimento celular, as propriedades combustíveis que cada biodiesel apresentaria e o desenvolvimento destas espécies em meios residuais oriundos de atividades humanas e agroindustriais. Além disto, foram analisadas as mudanças metabólicas ocorridas durante as fases de crescimento, de algumas espécies, através de técnicas convencionais e FTIR. Entre as 25 espécies estudadas foram identificadas 8 potenciais para produção de biodiesel: Pediastrum tetras (D121WC), Scenedesmus acuminatus (D115WC), Chlamydomonas sp. (D132WC), Lagerheimia longiseta (D133WC), Amphora sp. (M84C), Monoraphidium contortum (D173WC), Chlorella sp. (D101Z) e Cosmarium sp. (D174WC), com produtividade elevada em biomassa, variando de 0,28 a 0,95 g L-1 d-1, e teores de ésteres de até 2,9 vezes superiores à soja. Quanto à avaliação dos parâmetros combustíveis, de um possível biodiesel produzido pelas microalgas, a análise estatística discriminou a clorofícea D101Z como espécie promissora, por apresentar elevada produtividade lipídica, baixo valor de ponto de entupimento de filtro a frio e índice de iodo pouco acentuado. Entretanto, verificou-se que dentre as 12 espécies em estudo, apenas a clorofícea Monoraphidium contortum e a cianobactéria Synechococcus nidulans não atenderiam as especificações de qualidade combustíveis. Nos estudos sobre meios de cultivos alternativos, observou-se que as formulações com esgoto doméstico (ESG) e biocomposto hortifrutis (BH) mostraram-se muito promissoras especialmente para Chlorella sp., Chlamydomonas sp. e Lagerheimia longiseta que apresentaram rendimento máximo celular superior ao cultivo controle. As concentrações mais elevadas de lipídeos foram obtidas em meio BH, e alterações na composição bioquímica e no perfil de ésteres das espécies foram observadas ao se variar os meios de cultivo. Constatou-se também, que o acúmulo de proteína, carboidrato e lipídeo ocorre de forma e em fases distintas do crescimento microalgal, principalmente quando se modifica o meio de cultivo. E é nessa perspectiva que a técnica de FTIR demonstrou eficiência no acompanhamento desses componentes, principalmente dos lipídeos, apresentando para todas as amostras uma relação direta com a técnica convencional. De forma geral, espécies viáveis para produção em larga escala, capazes de crescer em meios residuais foram propostas neste estudo.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo .pdf: 1416633 bytes, checksum: 22095939bdd40881c123d814a5962c73 (MD5) Previous issue date: 2012-02-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The integration between wastewater treatment in high rate algal ponds (HRAPs) and microalgae culture, aiming biomass production, has been largely discussed, in order to reduce costs associated with both process. Nevertheless, for that association being feasible, it is still necessary reaching in the field the observed productivity in the laboratory scales. In many cases, this lack is due to the fact that when microalgae are exposed to high sunlight rates, sunlight saturation and photoinibition effects may influence their growth. On the other hand, solar radiation represents an important factor in the pollutants removal on HRAPs. The aim of this work was to evaluate the influence of different levels of solar radiation on the wastewater treatment efficiency of the HRAP, specifically on the removal of nutrients and indicator microorganisms, trough the use of different covers in high rate ponds fed with UASB effluent. Reductions of 22, 30 and 60% of the natural Photosynthetically Active Radiation (PAR) (1.920 μE.m-2.s-1) were assessed. A 30% reduction on the PAR resulted on greatest values of dissolved oxigen, whereas a 60% reduction resulted on smallest values of pH and temperature. Concerning nitrogen removal, the 20% reduction showed to be more efficient for total kjeldahl nitrogen and ammonium removal. The variation on PAR did not influence Phosphorus or indicator microorganisms removal. The observed productivity, from 5,3 to 7,4g.m-2.d-1, and pollutants removal efficiency (45 to 61% for TKN, 58 to 78% for NH3, 9 to 16% for total Phosphorus and from 1.5 to 2.0 removed logs for total coliforms and E.coli) support the viability of the association between algal biomass production and wastewater treatment. / A integração dos processos de tratamento de esgoto em lagoas de alta taxa (LATs) e cultivo de microalgas com vistas à produção de biomassa tem sido amplamente discutida, como forma de reduzir os custos associados a ambos. No entanto, para que tal associação seja de fato viável, ainda é necessário alcançar em campo as produtividades observadas em escala de laboratório. Muitas vezes, essa lacuna se deve ao fato de que, quando as microalgas estão expostas a altas intensidades luminosas, os efeitos de saturação luminosa e fotoinibição podem interferir no seu crescimento. Por outro lado, a radiação solar representa um importante fator na remoção de poluentes nas LATs. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência de diferentes níveis de radiação solar na eficiência de pós-tratamento de efluente de reator UASB das LATs, especificamente na remoção de nutrientes e microrganismos indicadores de contaminação. Através da utilização de diferentes formas de cobertura, avaliou-se reduções da ordem de 22, 30 e 60% na Radiação Fotossinteticamente Ativa (RFA) média natural, de 1.920 μE.m-2.s-1. A redução da RFA em 30% propiciou os maiores valores de oxigênio dissolvido, e a redução de 60% resultou em menores valores de pH e temperatura. No que diz respeito à remoção de nitrogênio, a redução de 20% apresentou-se mais eficiente para remoção de NTK e NH3. Os diferentes níveis de radiação avaliados apresentaram resultados semelhantes para a remoção de fósforo e microrganismos indicadores. A produtividade observada, de 5,3 a 7,4g.m-2.d-1, e as eficiências de remoção de poluentes (45 a 61% para NTK, 58 a 78% para NH3, 9 a 16% para Ptotal e de 1,5 a 2,0 logs removidos para coliformes totais e E.coli) sugerem a viabilidade da associação entre sistemas de produção de biomassa algal e tratamento de esgoto.

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

Neste trabalho é proposto o desenvolvimento de um processo para a biofixação do dióxido de carbono através do uso de microalgas. Para o cultivo desses microrganismos foram utilizados fotobiorreatores do tipo airlift. Nos cultivos foram avaliadas espécies de microalgas (Chlorella sp. e Chlorella minutissima), influência da intensidade luminosa (2.200 a 24.500 lx), concentração salina (28 a 40 g.L-1) e temperatura (25 °C a 35 °C) sobre a concentração de biomassa, velocidade específica de crescimento, produtividade de biomassa, biofixação de CO2, conteúdo lipídico e carotenoides totais. Também foi realizada a identificação dos carotenoides. A microalga escolhida para os testes em fotobiorreatores foi a C. minutissima. A intensidade luminosa que apresentou os melhores resultados foi a de 17.000 lx. A temperatura mostrou possuir influência significativa na concentração de biomassa, na velocidade específica de crescimento e na biofixação de carbono, mas a concentração salina influenciou apenas a velocidade específica de crescimento. A temperatura de 25 °C apresentou as maiores produtividade de biomassa (0,094 g.L-1.d-1) e concentração de biomassa (0,43 g.L-1), independente da concentração salina, e as maiores velocidade específica de crescimento (0,81 d-1) e biofixação de CO2 (12 gCO2.m-3.h-1), na concentração salina de 37 g.L-1. O conteúdo lipídico médio das microalgas foi de 13,2 % e os carotenoides totais apresentaram teor de 0,25 % do peso seco das microalgas em todas as condições de concentração salina e temperatura testadas. Foi possível identificar a produção dos carotenoides luteína, zeaxantina e β-caroteno. / The present study proposes the development of a process for carbon dioxide biofixation through the use of microalgae. Flat-plate airlift photobioreactors were used. Microalgaes species (Chlorella sp. and Chlorella minutissima) and the influence of light intensity (2,200 to 24,000 lx), salt concentration (28 to 40 g.L-1) and temperature (25 to 35 °C) over biomass concentration, specific growth rate, biomass productivity, CO2 biofixation rate, lipid content and total carotenoids content were evaluated. The identification of the carotenoids was performed. C. minutissima showed the best performance in shaker and was chosen for the tests in photobioreactor. The light intensity of 17,000 lx presented the best results. The temperature showed to have significant influence over biomass concentration, specific growth rate and CO2 biofixation rate, but the salt concentration only affected the specific growth rate. The temperature of 25 °C allowed the highest biomass productivity (0.094 g.L-1.d-1) and biomass concentration (0.43 g.L-1), independent of salt concentration, and the highest specific growth rate (0.81 d-1) and CO2 biofixation rate (12 gCO2.m-3.h-1) at the salt concentration of 37 g.L-1. The average lipid content of the microalgae was 13.2 % and the total carotenoids content were about 0.25 % of the cell dry weight at all temperatures and salt concentrations tested. It was possible to identify the production of the carotenoids lutein, zeaxanthin and β-carotene.

Les microalgues, qui sont à la base des réseaux trophiques aquatiques, peuvent être la cibleindirecte des herbicides provenant des usages agricoles et urbains. Elles sont également en interaction avecd’autres éléments de leur environnement comme la matière organique dissoute (MOD) naturelle, ellemêmesusceptible d’interagir avec les herbicides. Cette thèse a visé à étudier, en milieu contrôlé, l’influencede la MOD naturelle sur la toxicité d’herbicides vis-à-vis de microalgues en cultures monospécifiques nonaxéniques. Ont été considérés de la MOD naturelle d’eau douce et marine, trois herbicides (irgarol, diuronet S-métolachlore) seuls et en mélange, deux espèces de microalgues dulçaquicoles (Gomphonema gracileet Sphaerellopsis sp.) et deux espèces marines (Chaetoceros calcitrans et Tetraselmis suecica). Les effetsont été déterminés sur la croissance, l’efficacité photosynthétique et le contenu relatif en lipides desmicroalgues. En parallèle, l’environnement chimique a été caractérisé en suivant l’évolution de lacomposition et des propriétés de la MOD, ainsi que des concentrations d’herbicides et de leurs métabolites.Les résultats de ces travaux, qui considèrent pour la première fois la MOD naturelle dans sa globalité eninteraction avec des microalgues et des herbicides, démontrent le rôle clé joué par la MOD sur (i) lastimulation de la croissance des quatre espèces de microalgues (et en retour la modification de la MOD parcelles-ci), (ii) la modulation de la toxicité des herbicides et suggèrent (iii) la capacité de Sphaerellopsis sp.et/ou de ses bactéries associées de biodégrader le diuron. / Microalgae are at the basis of aquatic food webs and may be the indirect target of herbicidesfrom agricultural and urban uses. They also interact with other compounds from their environment such asnatural dissolved organic matter (DOM), which can itself interact with herbicides. This thesis aimed tostudy, in laboratory controlled conditions, the influence of natural DOM on herbicide toxicity to microalgaeby using monospecific, non-axenic cultures. The experiments included: natural freshwater and marineDOM, three herbicides (irgarol, diuron and S-metolachlor) singly and in mixtures, two freshwatermicroalgae (Gomphonema gracile and Sphaerellopsis sp.) and two marine microalgae (Chaetoceroscalcitrans and Tetraselmis suecica). Effects were evaluated on microalgae growth, photosyntheticefficiency and relative lipid content. At the same time, changes in chemical environment over theexperiments were measured through DOM composition and properties, as well as the concentrations inherbicides and their metabolites. The results of this work, which consider for the first time natural DOM asa whole, interacting with microalgae, their associated bacteria and herbicides, demonstrate the key roleplayed by DOM in (i) the growth stimulation of four microalgae (and in return the DOM changes inducedby microalgae), (ii) the modulation of herbicide toxicity and suggest (iii) the ability of Sphaerellopsis sp.and/or its associated bacteria to biodegrade diuron in non-axenic conditions.

Alguns conceitos de biorrefinarias estão baseados em processos termoquímicos, sendo a pirólise rápida um dos mais promissores desses processos. Os produtos da pirólise rápida são: o bio-óleo, gases combustíveis e carvão, sendo a distribuição típica de 50:30:20 em base mássica. O bio-óleo é o principal produto, e pode ser diretamente usado como combustível, ou pós-processados para a obtenção de químicos de maior valor agregado. O aquecimento com micro-ondas, amplamente empregado na química verde, começa a ser estudado como uma alternativa de aquecimento. Entretanto os rendimentos alcançados em bio-óleo são inferiores aos obtidos pela pirólise rápida convencional, devido essencialmente às suas baixas taxas de aquecimento. Para resolver esse problema esta tese está propondo a utilização de absorvedores de micro-ondas para auxiliar no processo de aquecimento, e também permitir a alimentação semi-contínua e contínua de biomassa ao processo. O uso de leito fluidizado e catalisadores pode ser integrado a esse conceito. As condições de pirólise-rápida são alcançadas devido ao aumento da taxa de aquecimento da biomassa, que passa a ser aquecida de forma híbrida pelo mecanismo de condução de calor através das partículas de absorvedores de micro-ondas aquecidos, e diretamente através do aquecimento dielétrico por micro-ondas. O aumento das taxas de aquecimento resulta em maiores velocidades de reação, possibilitando um aumento de rendimento em bio-óleo. Esse conceito foi testado experimentalmente em uma unidade em escala de bancada para o processamento de biomassas residuais e microalgas, usando carbeto de silício (SiC) como absorvedor de micro-ondas. Foram verificadas elevadas taxas de aquecimento, sendo a biomassa aquecida e os voláteis removidos do reator quase instantaneamente. Foram obtidos 65% e 64% em rendimentos de bio-óleo para a serragem de madeira e farelo de sabugo de milho, respectivamente. O mesmo sistema foi utilizado para testar a pirólise rápida catalítica. Microalgas foram processadas com e sem a presença de HZSM-5. Rendimentos de 57% e 59% em bio-óleo foram alcançados para Chlorella sp. e Nannochloropsis, respectivamente. Verificaram-se maiores rendimentos comparados com a literatura. Esses resultados indicam que o conceito de pirólise rápida com aquecimento por micro-ondas é tecnicamente viável, necessitando de estudos complementares para evidenciar a sua viabilidade econômica. / Some concepts of biorefineries are based on thermochemical processes and fast pyrolysis is one of the most promising of these processes. The fast pyrolysis products are biooil, fuel gas and char, with typical distribution of 50:30:20 in weight basis. The bio-oil is the main product, and it can be directly used as fuel, or post-processed in order to obtain higher value added chemicals. The microwave heating, widely used in green chemistry, begins to be studied as an alternative heating. However the yields achieved in bio-oil are lower than those obtained by the conventional fast pyrolysis, mainly due to its low heating rates. To solve this problem this thesis is proposing the use of microwave absorbers to improve the heating process, and that also allow semi-continuous and continuous feeding of biomass to the process. The use of fluidized bed and catalysts can be integrated into this concept. The fast pyrolysis conditions are achieved due to increased heating rate of biomass, which becomes heated in a hybrid way by heat conduction mechanism from heated microwave absorbers, and directly through the dielectric heating from microwaves. The increase in heating rates results in higher reaction rates, allowing higher yields of bio-oil. This concept has been experimentally tested in a bench scale unit for processing waste biomass and microalgae using silicon carbide (SiC) as a microwave absorber. High heating rates were observed, the heated biomass and the volatiles were removed from the reactor almost instantaneously. A maximum bio-oil yield of 65% and 64% was obtained for wood sawdust and corn stover, respectively. The same system was used to test the catalytic fast pyrolysis. Microalgae were processed with and without the presence of HZSM-5. Yields of 57% and 59% of bio-oil were achieved for Chlorella sp. and Nannochloropsis, respectively. Higher yields of bio-oil were observed compared to the literature. These results suggest that the concept of fast microwave-assisted pyrolysis is technically feasible, requiring further studies to demonstrate its economic viability.

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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.