As microalgas vêm sendo utilizadas na área ambiental nos processos de biomitigação de CO2, uma vez que o utilizam em seu metabolismo para produzirem biomassa celular, a qual pode ser utilizada para fins nutricional e comercial. Neste sentido, o presente trabalho teve como objetivo a obtenção de oligossacarídeos prebióticos oriundos de biomassa microalgal por meio de hidrólise fosfórica em diferentes condições moderadas de pH e termopressurização. Foi utilizada biomassa de um cultivo utilizado no sistema de tratamento de efluente gasoso de uma churrascaria de Curitiba, comparativamente com duas biomassas comerciais, Chlorella vulgaris e Spirulina platensis. Foram realizadas análises microscópicas e físico-químicas para a caracterização das biomassas, tais como umidade, cinzas, teor de carboidratos, lipídeos e proteínas. A partir da massa lipídica total foram realizadas transesterificações alcalinas e os resultados analisados por métodos cromatográficos, antes e após clarificação dos ésteres metílicos. A título de comparação inicial com as biomassas in natura, as biomassas passaram por pré-tratamentos: remoção dos lipídeos com organossolventes, purificação da parede celular com detergente SDS (Sódio Dodecil Sulfato) e recuperação do resíduo polimérico extraído pelo detergente. Estas biomassas derivadas bem como as integrais foram hidrolisadas em termopressurizador a 4,5 atm (156 oC), utilizando ácido fosfórico a pH 2,0 ou controles com água (solvólise). Adicionalmente foram realizados ensaios enzimáticos com α-amilase e β-1,3 glucanase nos oligossacarídeos resultantes dos hidrolisados fosfóricos das biomassas in natura. Com as três biomassas de microalgas in natura foi realizado planejamento fatorial 32, frente às variáveis ácido fosfórico (pH 2,5, 2,0, e 1,5) e pressão atmosférica (3 atm – 147 oC, 4,5 – 156 oC e 6,0 atm – 175 oC). Para todos os hidrolisados foram analisados pH após a hidrólise, teor de açúcar redutor e de açúcar total e perfil cromatográfico. Os oligossacarídeos obtidos foram utilizados como fonte de carbono para o cultivo de microrganismos probióticos, Bifidobacterium animalis e Lactobacillus casei, para avaliação do crescimento, pH e produção de ácidos graxos de cadeia curta (AGCC). Os resultados indicaram que apesar de ter sido inoculada uma cepa de C. vulgaris no sistema de fotobiorreatores de mitigação de CO 2 da churrascaria, não se instalou um cultivo puro e, portanto, foi denominado de mescla Devons. O componente majoritário para todas as biomassas foi proteína, sobretudo para S. platensis (59,5 %). As transesterificações alcalinas mostraram a eficiência no processo, indicando semelhança no perfil da cromatografia gasosa da mescla Devons e C. vulgaris. O tratamento com SDS mostrou maior eficiência na remoção de proteínas, sobretudo em S. platensis. As hidrólises das biomassas pré-tratadas mostraram maior teor de oligossacarídeos na amostra in natura para mescla Devons, deslipidificada e tratada com SDS para C. vulgaris e semelhança entre a in natura e os dois primeiros tratamentos para S. platensis. Os resultados dos ensaios enzimáticos indicaram predominância de oligossacarídeos oriundos de laminarina (β-1,3 glucana), portanto prebióticos e resistentes à ação amilásica do trato gastrointestinal (TGI) superior. Os resultados do planejamento fatorial mostraram que a biomassa in natura de S. platensis foi a que apresentou os melhores resultados de hidrólise em quantidade de açúcar liberado, seguida da biomassa de mescla Devons e C. vulgaris. As melhores condições de produção e pureza de oligossacarídeos foram próximas ao ponto central do planejamento fatorial. Os cultivos dos probióticos utilizando os hidrolisados fosfóricos permitiu o crescimento das baterias benéficas (Lactobacillus e Bifidobacterium), e diferenças no pH, bem como na produção de AGCC, sobretudo ácido lático, monitorado por cromatografia líquida. Portanto, este trabalho mostra que foram produzidos oligossacarídeos prebióticos a partir do tratamento fosfórico da biomassa de microalgas, resultando uma nova aplicação em potencial de tal biomassa formada a partir do CO2 e outros componentes voláteis presentes no efluente gasoso da churrascaria. / Microalgae have been utilized in the environmental area in CO2 biomitigation processes as they use it in their metabolism for the production of cellular biomass, which can then be utilized for nutritional and commercial purposes. Within this scope, the current research elected as the main objective, the obtention of nutraceutical oligosaccharides from microalgae biomasses through a phosphoric acid hydrolysis under different and moderated pH and thermopressurization conditions. One biomass, coming from a gaseous effluent treatment system from a steakhouse was compared to commercial biomasses, Chlorella vulgaris e Spirulina platensis. Microscopic and physicochemical analyses were carried for these biomasses characterization, namely moisture, ashes, carbohydrates, lipids and protein contents. Alkaline methyl transesterifications were realized in the total lipid fractions and then the corresponding products analyzed by chromatographic methods. As compared to the native biomasses, they were subjected to pretreatments: organic solvents removal of lipids, cell wall purification with detergent SDS (Sodium Dodecyl Sulphate) and recovery of polymeric molecules of the later extracts. These derived biomasses fractions, as well as the whole ones were partially or totally hydrolyzed with thermopressurization at 4.5 atm (156 °C) using diluted phosphoric acid at pH 2 or with water as controls (solvolysis). Enzyme assays were further performed with α- amylase and β-1,3 glucanase in the phosphoric acid hydrolyzed oligosaccharides from native biomasses. A 32 factorial design was carried out with the three samples of whole microalgae biomasses, considering the variables phosphoric acid pH (2.5, 2.0, e 1.5) and atmospheric pressure (3 atm – 147 oC, 4.5 – 156 oC and 6.0 atm – 175 o C). For all hydrolysates were analyzed pH after hydrolysis, total and reducing sugar contents and chromatographic profiles. The resulting oligosaccharide samples were offered as carbon source for the culture of probiotic microorganisms Bifidobacterium animalis e Lactobacillus casei for the evaluation of bacterial growth and short chain fatty acids (SCFAs) production. Overall results indicated that irrespective to the pure native of the C. vulgaris inoculum into the CO2 mitigation system of the steakhouse, a pure massive biomass did not result and hence the designation of Devons’ blend for. The major component of microalgae biomasses was protein, above all for S. platensis (59.5 %). Alkaline transesterification showed the efficiency of the process, indicating similarity among the methyl esters arising either from C. vulgaris or the Devons’ blend as analyzed by gas chromatography. SDS treatment was more efficient for protein removal in the case of S. platensis biomass. The pretreated biomasses once hydrolysed displayed higher oligosaccharide contents for the Devons’ blend native, C. vulgaris delipidified and SDS-treated sample as well some similarity between native and both pretreatments in the case of S. platensis. The enzymatic assay indicated predominance of laminarin oligosaccharides (β-1,3 glucan), therefore prebiotics are resistants to amylasic action in upper gastroinstestinal tract. The factorial design showed that the particular S. platensis native biomass led to the best result of hydrolysis to reducing simple and oligosaccharidic sugars, then decreasingly followed by the Devons’ blend and C. vulgaris and the best conditions for the production and purity of the oligosaccharides were close to the central point of the factorial design. Probiotic cultures from the phosphoric acid hydrolysates allowed the Lactobacillus and Bifidobacterium, beneficial bacteria growth, pH differences and short chain fatty acids production, above all, lactic acid, as monitored by high performance liquid chromatography. Therefore, this research indicated the feasibility of nutraceutical or prebiotic oligosaccharide production from microalgae biomasses, thus revealing a novel technological destination for these particular biomasses and fractions, once formed at the expense of CO2 and other volatile components from the gaseous effluent from a steakhouse.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/1174 |
| Date | 26 February 2015 |
| Creators | Leal, Bruna Elise Sauer |
| Contributors | Prado, Marcelo Real, Grzybowski, Adelia |
| Publisher | Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UTFPR, instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná, instacron:UTFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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