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Cultivo das microalgas Chlorella sorokiniana e Chlorella vulgaris visando a produção de carotenoide e proteínas para atender as indústrias farmacêutica, alimentícia, cosmética e de química fina

Processo: 17/50360-4
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
Vigência: 01 de junho de 2018 - 31 de maio de 2020
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Analítica
Pesquisador responsável:Silvia Helena Govoni Brondi
Beneficiário:Silvia Helena Govoni Brondi
Empresa:Algaetech Pesquisa Ltda
Município: São Carlos
Vinculado ao auxílio:13/50877-6 - Cultivo das microalgas Chlorella sorokiniana e Chlorella vulgaris visando a produção de carotenóide e proteínas para atender as indústrias farmacêutica, alimentícia, cosmética e de química fina, AP.PIPE
Bolsa(s) vinculada(s):18/24263-4 - Otimização de parâmetros físico-químicos visando aumentar a biomassa de Chlorella sorokiniana e a produção do carotenóide luteína, BP.TT
18/24179-3 - Extração e quantificação do carotenóide luteína da microalga Chlorella sorokiniana, BP.TT
18/13563-7 - Cultivo das microalgas Chlorella sorokiniana e Chlorella vulgaris visando a produção de carotenóide e proteínas para atender as indústrias farmacêutica, alimentícia, cosmética e de química fina, BP.PIPE
Assunto(s):Microalgas  Algicultura  Chlorella  Proteínas  Luteína  Carotenoides  Nutrição humana  Nutrição animal  Cromatografia 

Resumo

As microalgas apresentam considerável potencial biotecnológico e sua biomassa pode ser usada na produção de alimentos, rações, compostos bioativos, biocombustíveis, biorremediação, cosméticos e como biofertilizantes. Atualmente o cultivo comercial desses organismos é conhecido pela produção de alimentos e compostos naturais com alto valor de mercado. Dentre os produtos extraídos das algas com potencial de exploração comercial destacam-se os compostos bioativos naturais, tais como os ácidos graxos poli-insaturados, carotenoides, ficobilinas, proteínas e esteróis, sendo vários deles antioxidantes e redutores de colesterol. Dentre as vantagens que podem ser atribuídas ao uso da biomassa algal para fins econômicos, destacam-se o alto valor agregado, a possibilidade de uso de terras inadequadas à produção agrícola e a alta eficiência na fixação de Ca2 através da fotossíntese. o gênero Chlorella é robusto às oscilações ambientais e apresenta rápido crescimento e, C. sorokiniana é conhecida pela produção de luteína, carotenoide com propriedades antioxidantes, além de proteínas, enquanto C. vulgaris pelo seu elevado conteúdo proteico (58% do peso seco). Sabe- se que a ingestão de luteína pode trazer benefícios à saúde cardiovascular, ao sistema imunitário, doenças degenerativas, e reduzir inflamações, além de benefícios à pele, ajudando a combater os efeitos nocivos dos radicais livres. As proteínas são o principal constituinte do material genético e desempenham várias funções biológicas nas células, atuando como enzimas, moléculas transportadoras, estruturais, de defesa, reguladoras, e na motilidade. O presente estudo tem por objetivo a produção do carotenoide primário luteína e proteínas, a partir de C. sorokiniana e C. vulgaris, avaliando qual das duas espécies apresenta melhor custo benefício para a produção de ambos os compostos. Para tanto, propõe-se o cultivo das microalgas em fotobiorreatores híbridos com 1000 L de capacidade, visando uma maior produção de biomassa, para posterior extração e purificação das biomoléculas luteína e proteínas, e finalmente a comercialização desses produtos. Nesta primeira etapa (6 meses), os experimentos em laboratório com C. vulgaris e C. sorokiniana demonstraram que 3 dias de fase exponencial de crescimento geraram de 4 x 106 a 107 cels rnL-\ com taxas máximas de crescimento de 2,54 - 2,93 e tempo de duplicação populacional de até 5,76 horas. Avaliou-se a concentração de proteína total, apresentando C. vulgaris e C. sorokiniana valores de 130 e 124 pg cer\ respectivamente. Valor elevado se comparado com culturas mantidas em laboratório (- 70 - 100 pg cer1 - Chia et al., 2015). Experimentos com sacos de polietileno de capacidade 100 L mantidos em estufa mostraram que em 48 h a cultura atingiu 2,4 x 106 cels mL-1• Em comparação com os sacos, cestos de 100 L mantidos no pátio de cultivo de microalgas do Laboratório de Biotecnologia de Algas atingiu densidade celular de 107 cels mL-1 em 72 h, enquanto no fotobiorreator 1000 L, em apenas um dia (24 h), a densidade celular atingiu concentração de 1,6 x 106 cels mL-1, com tempo de duplicação populacional de 5,76 horas. Observa-se que todos os experimentos tiveram a mesma densidade inicial. Considerando que em escala industrial o que se deseja é o aumento da densidade, o fotobiorreator híbrido utilizado foi apropriado ao objetivo pretendido, com alta produção de biomassa e redução no tempo de cultivo. Experimentos em escala laboratorial demonstraram a viabilidade na reutilização do meio de cultura com novas culturas por 4 vezes consecutivas, sendo que os nutrientes foram adicionados em 3 delas, reduzindo com isso os custos de produção. Testes preliminares demonstraram viabilidade no aumento da biomassa algal após adição de fonte de carbono orgânico. A extração com fluido supercrítico (SFE) apresentou-se apropriada para extrair luteína da biomassa de Chlorella vulgaris, sendo que CO2 no estado supercrítico resultou em extratos mais puros, e com a adição do co-solvente etanol, maiores rendimentos foram obtidos, com uma maior extração da luteína. (AU)