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Universidade Federal do Rio Grande - FURGEscola de Química e Alimentos
Laboratório de Operações Unitárias
CINÉTICA DE EXTRAÇÃO DE LIPÍDIOS DE MICROALGA SPIRULINA
Msc. Ricardo Scherer Pohndorf
Prof. Dr. Luiz Antonio de Almeida Pinto
Novembro, 2013
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Introdução
Microalgas são organismos fotossintetizantes
(utilizam luz solar e CO2 para produzir
biomassa).
Potencial para produção de biomassa.
Podem ser cultivadas em tanques ou em terras
não aráveis, sem competir com alimentos.
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Introdução
Biocombustíveis (bioetanol, biometano, biodiesel);
Alimento (proteínas, carboidratos, lipídios);
Ração animal;
compostos bioativos (fenóis, caroenóides, esteróis);
Pigmentos (clorofila, beta-caroteno, ficocianina,
luteína).
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Introdução
As microalgas têm sido investigadas como fonte paraprodução de biocombustíveis, alimento, ração ecompostos bioativos.
Em comparação com culturas agrícolas tradicionaispossuem elevada produtividade de lipídios, proteínas ecarboidratos.
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Introdução
Devido à demanda crescente por alimentos e fontesalternativas de energia, os lipídios de microalga têmdespertado interesse por serem ricos em ácidos graxosinsaturados de cadeia longa.
As microalgas contêm diversos compostos bioativosassociados à prevenção de doenças.
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Introdução
Compostos fenólicos e carotenóides possuem caráterantioxidante e atuam na prevenção de câncer e doençascardiovasculares.
Esteróis possuem papel importante na diminuição dos níveisde colesterol LDL e atividade antiinflamatória.
Ácidos graxos poliinsaturados de cadeia longa (ômega 3),também estão associados a prevenção de doençascardiovasculares.
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Introdução
A obtenção de lipídios de microalgas em grande escaladepende de avanços nas técnicas de produção debiomassa, extração de lipídios, refino e aspectos deengenharia.
Vários métodos tem sido avaliados para extração delipídios em microalgas (mecânicos e químicos).
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Introdução
Principais fatores que interferem na extração de lipídios emmicroalgas são o tipo de solvente, tamanho de partícula,métodos de ruptura celular, temperatura, tempo e secagemda biomassa (umidade do material).
Diversos estudos estão sendo realizados sobre diferentesmétodos de extração, entretanto o estudo cinético daextração de lipídios de microalgas tem sido poucoinvestigado.
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Objetivos
Este trabalho objetivou o estudo da cinética de extração
de lipídios de microalga Spirulina sp. LEB-18 utilizando
hexano como solvente em diferentes temperaturas. As
interpretações cinéticas foram baseadas nos modelos de
pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e de
ordem n.
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Material e métodos
A microalga Spirulina sp. LEB-18 foi adquirida junto aoLaboratório de Engenharia Bioquímica (LEB-FURG), ecultivada segundo o procedimento apresentado porBorges et al. (2013).
A secagem foi realizada em secador de bandejas, com
escoamento paralelo de ar, utilizando temperatura de 60ºC
e tempo de 210 min, segundo Oliveira et al. (2010).
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Material e métodos
Preparo da microalga seca
A biomassa microalgal com 8,3 % de umidade foi trituradaem moinho de facas e moída em moinho de bolas, ondeobteve diâmetro médio de partícula de 0,12 mm,determinado por peneiramento.
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Material e métodos
Procedimento experimental
O experimento foi conduzido em um balão de três bocas(500 ml), onde foi acoplado um condensador de refluxo eum termômetro. Foi utilizado agitador magnético (400 RPM)com chapa de aquecimento para controlar a temperatura ehomogeneizar o sistema.Amostras de 10 ml foram retiradas e centrifugadas emrotação de 1500 x g por 3 min e o solvente foi evaporadoem estufa até peso constante.
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Material e métodos
Procedimento experimental
A massa de sólidos decantada durante a centrifugação
retornava ao sistema de extração juntamente com o mesmo
volume de solvente retirado, para manter a proporção de
microalga para solvente. O solvente utilizado foi hexano
devido sua baixa polaridade e a proporção solvente:sólido
foi de 6:1 (ml/g). As temperaturas de extração testadas
foram 20, 40 e 60 ºC. Estes valores foram obtidos por meio
de testes preliminares e dados de literatura.
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Material e métodos
Determinação do teor de lipídios
O teor de lipídios foi calculado para cada tempo de extraçãoe para as diferentes temperaturas. O teor de lipídios foiobtido por meio da relação entre a massa de lipídiosextraída e a massa de microalga em base seca, e expressoem gg-1.
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Material e métodos
))exp(1( 11 tkAX
)(1 22
2
22
tAk
tAkX
2
22 Akh
)1/(11
33
33
1)1()(
nn ntAk
AAX
absRT
Ea
ekk
0
Eq. 1
Eq. 2
Eq. 3
Eq. 4 Eq. 5
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Material e métodos
Análise estatística dos modelos ajustados
Os parâmetros cinéticos foram determinados pelo ajustedos modelos com os dados experimentais, através deregressão não linear.
A qualidade do ajuste e a precisão dos parâmetros cinéticosforam medidos através de coeficiente de determinação (R2),Coeficiente de determinação ajustado (R2
ajustado) e ErroMédio Relativo (EMR).
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Resultados e discussão
Fig. 1. Curvas cinéticas de extração de lipídios de Spirulina sp.
LEB-18.
Tempo (min)
0 100 200 300 400
X(g
de lip
ídio
s / g
de m
icro
alg
a s
ec
a)
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
20 ºC
40 ºC
60 ºC
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Resultados e discussão
Tab. 1. Parâmetros cinéticos para a extração de lipídios de microalgaSpirulina sp. LEB-18, para o modelo de pseudo-primeira ordem.
Temperatura (ºC) 20 40 60
X1 0,0097 0,0175 0,0216
k1 0,035 0,059 0,116
R² 0,770 0,813 0,847
R² ajustado 0,758 0,803 0,840
ARE (%) 8,94 4,48 4,10
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Resultados e discussão
Temperatura (ºC) 20 40 60
X2 0,0105 0,0191 0,0227
k2 5,520 4,170 8,165
h2 0,001 0,002 0,004
R² 0,882 0,939 0,959
R² ajustado 0,876 0,936 0,957
ARE (%) 6,32 2,39 1,65
Tab. 2. Parâmetros cinéticos para a extração de lipídios de microalgaSpirulina sp. LEB-18, para o modelo de pseudo-segunda ordem.
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Resultados e discussão
Temperatura (ºC) 20 40 60
X3 0,0183 0,0261 0,0260
k3 2,60E+09 1,05E+05 2,88E+03
n 7,057 4,758 3,535
hn 0,001 0,003 0,007
R² 0,961 0,974 0,981
R² ajustado 0,957 0,971 0,979
ARE (%) 3,61 2,21 1,61
Tab. 3. Parâmetros cinéticos para a extração de lipídios de microalgaSpirulina sp. LEB-18, para o modelo de ordem n.
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As curvas cinéticas mostraram que o aumento datemperatura proporcionou um aumento no teor delipídios extraídos e na velocidade de extração.
Na temperatura de 60 ºC, 90% dos lipídios foramextraídos em 60 min.
O modelo de ordem n apresentou o melhor ajuste aosdados experimentais.
Conclusão
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