Estudo da influência dos diferentes parâmetros de cultivo e extracção em culturas de microalgas

Mestrado em Biotecnologia Industrial e AmbientalAs microalgas são uma fonte emergente de alimento, corantes alimentares, combustível e produtos químicos. O estudo dos processos upstream e downstream são de extrema relevância pois de modo a prever a sua exploração industrial. O presente trabalho, está dividido em dois capítulos, um envolvendo o processamento upstream e outro explorando o processamento downstream. A microalga M, está há muito documentada pelo seu potencial como fonte para produção de biopolímeros contudo o cultivo outdoor desta microalga está ainda por otimizar. Desta forma, o estudo do efeito de parâmetros operacionais de cultivo, nomeadamente D, E e F, foram usados para desenvolver três modelos matemáticos em relação a A, B e C para culturas continuas de microalga X em escala de laboratório. Os resultados mostraram ser possível atingir culturas com elevadas A, elevado conteúdo de C ou B com tamanho controlável, através da manipulação das condições de cultivo. Com aplicação do presente estudo é esperado que se aumente a transição de conhecimento de cultivo reduzida para larga escala, de forma a potenciar a aplicação de larga escala. O capitulo de processamento downstream no presente trabalho visa o desenvolvimento de uma metodologia alternativa de extração de ficocianina em culturas de Anabaena cylindrica. Os líquidos iónicos são uma classe de solventes que têm atraído muita atenção por parte dos investigadores pelas suas características únicas. O uso de soluções aquosas de líquidos iónicos mostrou-se altamente seletivo para a extração de ficocianina e clorofila. A performance da solução aquosa de [C4mimCl] foi otimizada quando os parâmetros operacionais de extração foram: rácio solido-liquido 0,1 (peso de biomassa fresca/volume de solvente), tempo de extração (43 min.) e concentração do liquido iónico (475 mM). Sob estas condições os rendimentos de ficocianina e grau de pureza alcançados foram 55 ± 2 mgficocianina.gbiomassa fresca-1 e 0,54, respetivamente. O uso de soluções aquosas de liquido iónicos resultou num extrato bruto rico em ficocianina com reduzida contaminação de outros pigmentos e outras proteínas. Assim esta metodologia alternativa demonstrou-se mais efetiva do que outras tentativas encontradas na literatura ao passo que tem a capacidade de simplificar os processos de purificação e concentração, comumente reconhecidos por serem dispendiosos e dificilmente escaláveis.Microalgae has been regarded as an emerging source for feed, food colourants, fuel and chemicals. The study of the upstream and downstream processing is of foremost importance in order to foresee its industrial exploitation. Therefore, the present work is divided in two chapters, one comprising the upstream and another the downstream processing. The potential of Microalgae M as a source of biopolymers is already known though its outdoor cultivation is still to optimize. Thus, the effect of relevant environmental parameters, namely D, E and F were studied and used to develop three mathematical models regarding the A, B and C for continuous cultures of Microalgae X at lab scale. The results show that it’s possible to achieve increased A, high content of C or B with wieldy size through the manipulation of these culture conditions. The application of the present study is expected to fill the gap between lab and large-scale cultures to enhance and optimize its large-scale performance. The downstream processing chapter in the present work regards the development of an alternative extraction methodology to recover a natural pigment, the phycocyanin from Anabaena cylindrica cultures. Ionic Liquids are a class of solvents that have been attracting much attention from researchers due to its unique properties. The use of aqueous solutions of ionic liquids has shown highly selective performances for phycocyanin and chlorophyll extraction. The performance of aqueous solutions of an imidazolium-based ionic liquid, namely the [C4mim]Cl was optimized after the operation extraction parameters were set: solid-liquid ratio of 0.1 (weight of fresh biomass/volume of solvent), extraction time (43 min) and ionic liquid concentration (475 mM). Under these conditions phycocyanin yields and purity levels (A615/A280) were 55 ± 2 mgphycocyanin.gfresh biomass-1 and 0.56, respectively. The use of aqueous solutions of ionic liquids resulted in crude extracts rich in phycocyanin with reduced levels of pigments and proteins contamination, whereas it was shown more effective than other attempts found in literature as well as it can simplify the purification and concentration steps, commonly known for being expensive and hardly-scalable