paper fermentação- marisa

Universidade Federal Rural do Rio de JaneiroMestrado em Engenharia Química Disciplina: Processos de SeparaçãoProfessor: Marisa MendesMestranda: Ana Souza

A LABORATORY STUDY OF PRODUCING DOCOSAHEXAENOIC ACID FROM BIODIESEL-WASTE GLYCEROL BY MICROALGAL

FERMENTATIONPROCESS BIOCHEMISTRY ,2007

Zhanyou Chi , Denver Pyle, Zhiyou Wen , Craig Frear, Shulin Chen

Seropédica, 2013

Um estudo laboratorial da produção de ácido docosahexaenóico (DHA)a partir do glicerol, resíduo do biodiesel, por fermentação microalgal.

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Introdução

Biodiesel como combustível alternativo tem atraído cada vez mais interesse em todo o mundo nos últimos anos;

Durante o processo de produção de biodiesel, triglicerídeos são misturados com álcool metílico e catalisadores alcalinos para a produção de ésteres de ácidos graxos livres, com o glicerol como um principal subproduto;

Em geral, a produção de 100 kg de biodiesel produz aproximadamente 10 kg de glicerol, impuro e de baixo valor econômico;

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Introdução

Conversão de glicerol em produtos de valor agregado fornece uma alternativa para a eliminação do mesmo e para os seus problemas de excedentes;

Através de processos termo-químicos, o glicerol pode ser convertido em propilenoglicol e acetol;

E são utilizados como fonte de carbono em processos de fermentação para a produção de vários produtos tais como 1,3 propanodiol, lípidos e pigmento;

A fermentação anaeróbia de glicerol por E. coli também gera uma mistura de produtos, tais como etanol, succinato, acetato, lactato e hidrogênio.

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Introdução

O DHA é um importante ácidos graxos poliinsaturados (ω-3 PUFA) com capacidades terapêuticas contra doenças cardiovasculares, tipos de câncer, esquizofrenia e Alzheimer, além de ser nutriente essencial durante o desenvolvimento humano;

O ω-3 PUFA pode ser extraído a partir de biomassa microalgal e são utilizados em alimentos, na indústria farmacêutica e como um aditivo para rações para peixes na aquicultura;

A microalga Schizochytrium limacinum vem sido relatada como uma excelente produtora DHA, sendo capaz de produzir um elevado nível de DHA quando crescidas em glicose ou glicerol.

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Objetivo

Investigar o potencial da utilização desta microalga para produzir DHA a partir do glicerol bruto obtido da indústria biodiesel.

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Materiais e Métodos1. Cepa de algas, condições do meio e da cultura

A microalga de estudo foi Schizochytrium limacinum SR21 (ATCC MYA -1381);

As células foram mantidas em meio contendo 5g/L de glicose, 1,0g/L de extrato de levedura e 1,0g/L de peptona em água do mar artificial;

O pH foi ajustado e o meio foi autoclavado; As células foram cultivadas em erlenmeyer de 250ml, contendo cada um

50 mL de meio+inoculo e incubadas a 20ºC num agitador orbital ajustado para 170 RPM;

A glicose foi substituída glicerol puro ou glicerol bruto; Todos os outros componentes foram as mesmas que as usadas na

subcultura; Para cada condição experimental, foram usadas três repetições, o desvio

padrão foi calculado.

Fig1: Schizochytrium sp.Fonte : Google imagens, 2013.

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Materiais e Métodos2. Pré-tratamento do glicerol bruto

Glicerol em bruto foi obtido a partir de tanto o biodiesel de refinaria Virgínia (West Point , VA, EUA) e Seattle biodiesel (Seattle, WA, EUA) ;

Ambas as refinarias usaram transesterificação por um catalisador alcalino para produzir o biodiesel a partir de óleo de soja;

O glicerol em bruto foi diretamente misturado com água do mar artificial que mostrou-se prejudicial para o crescimento celular (dados não apresentados);

O protocolo de pré-tratamento foi como se segue:

(1) a glicerina foi misturado com água destilada na proporção de 1:4 (v / v ) para reduzir a viscosidade do fluido ;

(2) o pH do fluido foi ajustado para cerca de 6,5 com ácido clorídrico;

(3) sólido precipitado foi separado da solução glicerol bruto por centrifugação a 5000 rpm ;

(4) após separação, foi adicionado nutrientes (incluindo glicerol) até um nível desejado .

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Materiais e Métodos

3. Análises

Concentração de Glicose: método Ácido 3,5-dinitrosalicílico;

Concentração de Glicerol e Metanol: HPLC;

Microalgas foram colhidas e secas em liofilizador, para quantificação de ácidos graxos em CG.

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Materiais e Métodos4. Planejamento experimental e análise de dados1 . Planejamento Plackett – Burman: Foi usado para analisar os fatores que

têm efeitos significativos sobre a produção de DHA a partir de glicerol bruto;

Tabela 1: Variáveis selecionadas no planejamento Plackett-Burman

Fonte: Adaptado de CHI et.al., 2007.

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Materiais e Métodos4. Planejamento experimental e análise de dadosTabela 2: O planejamento Plackett-Burman das variáveis (Peso seco de

células e produção de DHA como respostas)


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Materiais e Métodos3. Planejamento experimental e análise de dados

2 . Planejamento composto central Os fatores significativos foram identificados no projeto Plackett - Burman ,

um planejamento composto central foi utilizado para otimizar seus níveis. A matriz de planejamento era um fator total 24 combinado com seis pontos

centrais, e oito pontos axiais onde uma variável foi fixado em um nível extremo, enquanto outras variáveis foram fixado em seu nível de ponto central;

Com base nos resultados experimentais obtidos na Tabela 3, as respostas (peso seco de células e produção de DHA) foram correlacionados como funções das variáveis por uma equação polinomial de segunda ordem;

O software Design- Expert (Stat -Ease Inc. Minneapolis , MN ) foi utilizado para essa correlação através regressão não-liner . O F- teste foi utilizado para avaliar a significância dos modelos.

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Materiais e Métodos3. Planejamento e análise de dados

Tabela 3: Níveis codificados e os valores reais das variáveis independentes no planejamento composto central


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Materiais e Métodos3. Planejamento e análise de dadosTabela 4: O planejamento composto central das variáveis significativas (em

níveis codificados)


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Resultados e discussão

1. Características do crescimento celular, consumo de nutrientes e perfil de ácidos graxos

Fig.1: Tempo de crescimento celular (A) e consumo do substrato (B)

Fonte: Adaptado de CHI et.al., 2007

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Resultados e discussão1. Características do crescimento celular, consumo de nutrientes e perfil

de ácidos graxos

Tabela 5: Crescimento celular, consumo do substrato e produção de DHA em S. limacinum usando glicose, glicerol puro e bruto


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Resultados e discussão1. Características do crescimento celular, consumo de

nutrientes e perfil de ácidos graxos

No perfil de ácidos graxos totais, o melhor resultado foi para o glicerol bruto que apresentou 505,69 mg/g de peso seco de células;

Efeito do concentração de metanol mostrou que para 75g/L de glicerol para que haja viabilidade celular no crescimento das microalgas seria cerca de 15g/L de concentração de metanol;

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Tabela 7: Efeito da concentração do glicerol bruto


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Tabela 8: Comparação do experimental e do previsto em relação as condições ótimas da cultura

Fonte: CHI et.al., 2007

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Fig.2: Resposta da superfície em 3D (A) do peso seco das células e (B) Rendimento de DHA em função do acetato de amônio e temperatura.

Fonte: CHI et.al., 2007

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Conclusão

O trabalho aqui apresentado mostraram a possibilidade de utilizar menos glicerol em bruto da indústria de biodiesel para produzir DHA usando cultura de microalgas;

O teor de glicerol em bruto ideal para a produção de DHA de microalgas foi de cerca de 100 g/L;

Utilização da estatística com base nos planejamentos experimentais, verificou-se que temperatura e acetato de amônio foram fatores que influenciaram significativamente a produção de DHA das microalgas a partir de glicerol em bruto.

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Conclusão O nível ideal desses dois fatores para a produção de DHA

foram determinada com a temperatura de 19,2 ºC e 1,0 g/L de acetato de amônio;

Em as condições ótimas da cultura, o conteúdo de DHA na biomassa microalgal foi mais do que 20%, com um rendimento de DHA de 4,91 g/L;

A aplicação bem sucedida deste processo poderá ter um impacto significativo na indústria do biodiesel como ajuda para resolver o problema da eliminação do glicerol, enquanto produz simultaneamente um nutracêutico valioso.

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Referências

A LABORATORY STUDY OF PRODUCING DOCOSAHEXAENOIC ACID FROM BIODIESEL-WASTE GLYCEROL BY MICROALGAL FERMENTATION

PROCESS BIOCHEMISTRY ,2007Zhanyou Chi , Denver Pyle, Zhiyou Wen , Craig Frear, Shulin

Chen1542 Z. Chi et al. / Process Biochemistry 42 (2007) 1537–

1545

paper fermentação- marisa

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