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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.9.2016.tde-28042016-101947
Document
Author
Full name
Marcello Dapievi Bresaola
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2016
Supervisor
Committee
Carvalho, Joao Carlos Monteiro de (President)
Fratelli, Fernando
Ishii, Marina
Sircili, Marcelo Palma
Title in Portuguese
Avaliação do crescimento de Ankistrodesmus braunii em reator tubular empregando diferentes concentrações de nitrato em diferentes condições de cultivo
Keywords in Portuguese
Ankistrodesmus brauni
Nitrato
Processo descontínuo
Processo descontínuo alimentado
Processo semi-contínuo
Abstract in Portuguese
Microalgas são organismos unicelulares, eucariontes, fotossintetizantes e eficientes fixadores de gás carbônico que apresentam grande potencial para produção de ácidos graxos além de pigmentos, como os carotenóides e a clorofila, de interesse nas indústrias de alimentos, química, farmacêutica e de cosméticos. Dentre as microalgas, o microrganismo Ankistrodesmus braunii vem sendo citado como capaz de produzir grandes quantidades de lipídios, podendo corresponder a até 73% de sua massa seca, com produção de ácidos graxos insaturados, como o ácido linolênico. Esse microrganismo se destaca do ponto de vista industrial por poder ser conduzido em reatores e em meios de cultivo complexos. As fontes de nitrogênio, as concentrações empregadas destes nutrientes, bem como o tipo de processo de cultivo interferem na composição de biomassas fotossintetizantes. O uso de reatores tubulares tem sido estudado e tem se apresentado interessante por permitir a obtenção de altas concentrações celulares. Nesse sentido, este trabalho teve a finalidade de estudar o crescimento de Ankistrodesmus braunii em reator tubular com uso de diferentes quantidades de nitrato de sódio por processos descontínuo, descontínuo alimentado e semi-contínuo. Nos cultivos descontínuos, a máxima concentração celular (Xm) encontrada foi de 1588 ± 11 mg.L-1 com uso de 20 mM de NaNO3. O uso do processo descontínuo alimentado, o qual teve adição de 20 mM de NaNO3 feito num intervalo a cada 48 horas sendo iniciada a adição no primeiro dia, permitiu a obtenção de Xm = 2753 ± 7 mg.L-1; porém não foi possível eliminar a fase lag do cultivo, levando a uma produtividade em células (Px) de 351 ± 1 mg.L-1.dia-1. O processo semi-contínuo foi eficiente para eliminar a fase lag do cultivo, permitindo a obtenção de Xm = 2399 ± 5 mg.L-1 e um aumento de até 50% em Px, que chegou a valores de 525 ± 1 mg.L-1.dia-1 em cultivos com uso de 20 mM de NaNO3. Nesta condição os teores de proteínas e lipídios nas biomassas foram de 34,8 ± 0,2% e 38,6 ± 0,2%, respectivamente. Foi observado que, independentemente do tipo de processo empregado, há um decréscimo do valor do fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N) com o aumento da adição de NaNO3. O maior valor de YX/N foi obtido no experimento com processo semi-contínuo e uso de 2 mM de NaNO3 no meio de cultivo, com valor médio de 29,1 ± 0,1 mg mg-1 ao final do segundo ciclo. Porém, nesta condição, o teor de proteínas da biomassa foi de 17,3 ± 0,4%. Já os maiores valores de YX/N encontrados nos processos descontínuo e descontínuo alimentado foram, respectivamente, de 22,5 ± 1,6 e 7,1 ± 0,1 mg mg-1. Os resultados obtidos neste trabalho evidenciam o potencial de Ankistrodesmus braunii como fonte de proteínas e lipídios para uso industrial.
Title in English
Evaluation of Ankistrodesmus braunii growth in tubular reactor using different concentrations of nitrate in different conditions
Keywords in English
Ankistrodesmus braunii
Batch process
Fed-batch process
Nitrate
Semi-continuous process
Abstract in English
Microalgae are unicellular organisms, photosynthetic eukaryotes and which have great potential for the production of fatty acids as well as pigments such as carotenoids and chlorophyll, of interest in the food industry, chemicals, pharmaceuticals and cosmetics. Among the microalgae, the microorganism Ankistrodemsus braunii has been cited as capable of producing large amounts of lipids, which may correspond to up to 73% of its dry mass, producing unsaturated fatty acids, such as linolenic acid. This microorganism stands out from the industrial point of view because it can be carried out in reactors and in complex culture media. Nitrogen sources and concentrations employed of these nutrients interfere the composition of photosynthetic biomass and type of process employed also clearly exerts its influence both the growth and the composition of the biomass obtained. The use of tubular reactors has been studied and shown to be interesting because it allows the achievement of high cell concentrations. In this sense, this work aims to study the growth of Ankistrodemsus braunii tubular reactor using different amounts of nitrogen and under different forms of cultivation. In batch cultures, the maximum cell concentration (Xm) was found to be 1588 ± 11 mg.L-1, using 20 mM NaNO3. The use of the fed batch process, which had the addition of 20 mM NaNO3 in a range of 48 to 48 hours from the first to the sixth day, afforded Xm = 2753 ± 7 mg.L-1;ever it was not possible to eliminate the lag phase cultivation, leading to a productivity of cells (Px) of 351 ± 1 mg.L-1.day-1. The semi-continuous process was effective to eliminate the lag phase of the culture, allowing to obtain Xm = 2399 ± 5 mg.L-1 and increased up to 50% the Px value, which reached values of 525 ± 1 mg.L-1.day-1 in cultures with the use of 20 mM of NaNO3. In this condition the protein levels and lipid in the biomass were 34,8 ± 0,2% and 38,6 ± 0,2%, respectively. In all culture processes, it was observed that regardless of the type of process used, there is a decrease in the amount of nitrogen conversion factor into cells (YX/N) with increasing addition of NaNO3. The highest value of YX/N was obtained in the experiment with semi-continuous process with the use of 2 mM of NaNO3 in the culture medium, with an average of 29.1 ± 0.1 mg mg-1 at the end of the second cycle. However, in this condition, the protein content of the biomass was 17.3 ± 0.4%. The best values of YX/N found in the batch and fed-batch processes were, respectively, 22.5 ± 1.6 and 7.1 ± 0.1 mg mg-1. The results of this study shows the potential of Ankistrodemsus braunii as a source of protein and lipids for industrial use.
 
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Publishing Date
2016-06-16
 
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