Estudo do processo biotecnológico para obtenção de ficocianina a partir da microalga Spirulina Platensis sob diferentes condições de cultivo

Orientador: Prof. Dr. Júlio César de CarvalhoCo-orientador: Prof. Dr. Carlos Ricardo SoccolDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduaçao em Processos Biotecnológicos. Defesa: Curitiba, 30/09/2011Bibliografia: fls. 123-133Resumo: Algumas espécies de microalgas, como a cianobactéria Spirulina platensis destacam-se por apresentarem biomassa rica em compostos nutricionais e pigmentos naturais, como as ficobiliproteínas, os carotenóides e as clorofilas. Dentre as ficobiliproteínas derivadas da Spirulina, a mais abundante é a ficocianina, um pigmento de coloração azul brilhante que, dependendo da sua pureza, encontra diferentes e importantes aplicações. Considerando que as condições de cultivo podem influenciar decisivamente as fases de crescimento da Spirulina, aumentando ou reduzindo a quantidade de ficocianina obtida, foi investigado o fenômeno da adaptação cromática complementar e sua influência na obtenção de ficocianina. Isso foi realizado ao submeter os cultivos de Spirulina platensis, cepas PAR e LEB-52 a diferentes espectros luminosos e analisando a concentração de biomassa, ficocianina e o seu grau de pureza, demonstrando que pode haver uma reestruturação dos ficobilissomos, especialmente quando a cultura é submetida à luz vermelha, o que pode incrementar o nível de pureza em até 33%, com uma redução de apenas 16% do conteúdo de ficocianina e com uma alta eficiência fotossintética quando comparada com a cultura sob luz natural. Testes de cultivo da Spirulina platensis e também com Chlorella vulgaris também foram realizados em meios de cultivo alternativos, baseados em resíduos agroindustriais como efluente primário de pocilgas, efluente terciário de indústria processadora de produtos cárneos e manipueira. Os resultados demonstraram que a manipueira demonstra grande potencial tanto para o cultivo da Spirulina platensis, assim como a Chlorella vulgaris. A produção de ficocianina foi possível quando a Spirulina foi cultivada em manipueira, o que representa uma excelente possibilidade de aproveitamento para esse resíduo, visto que atualmente ele é, na maiora dos casos, despejado sem qualquer tratamento em corpos d‘água e no solo. O Sistema de Extração em Duas Fases Aquosas (SDFA) também foi testado como uma etapa de purificação da ficocianina, atingindo um fator de purificação de 2,67 para a ficocianina e a aplicação da ficocianina purificada e diluída, em amostras de alimentos funcionais (leite fermentado) também foi realizada com êxito. Finalmente, os testes com diferentes técnicas de preservação e criopreservação possibilitaram identificar qual seria a melhor para a preservação da Spirulina platensis por longos períodos, garantindo sua viabilidade e produção rápida de inóculo.Abstract: Some species of microalgae, such as the cianobacterium Spirulina platensis stand out by presenting biomass rich in nutritional compounds and natural pigments, such as phycobiliproteins, carotenoids and chlorophylls. Among phycobiliproteins of Spirulina, the more abundant is phycocyanin, a bright blue pigment which, depending on its purity, will find different and important applications. Considering that culturing conditions may influence strongly the stages of Spirulina growing, increasing or reducing the amount of phycocyanin obtained, we investigated the phenomenon of complementary chromatic adaptation and its influence on phycocyanin obtainment. It was made by subjecting cultures of Spirulina platensis, strains PAR and LEB-52 under different light spectra, analyzing biomass concentration, amount of phycocyanin and its purity, demonstrating that there may be a restructuring of its phycobilisomes, especially when the culture is subjected to red light, which can increase the purity level up to 33%, with only 16% reduction on phycocyanin content, and with high photosynthetic efficiency when compared with cultures grown under natural light. Cultivation tests of Spirulina platensis and also Chlorella vulgaris were done in alternative culture media based on agro-industrial wastes such as pig manure, tertiary effluent from processing meat industry, and manipueira (a cassava processing residue). The results showed that manipueira has an important potential both for Spirulina platensis, as well as Chlorella vulgaris culturing. Phycocyanin production was possible when Spirulina was cultivated in manipueira, which represents an excellent possibility for application of this waste, contrary to what happen in most cases, when manipueira is dumped without further treatment in water bodies and soil. An extraction using Aqueous Two-Phase System (ATPS) was also tested as a purification step of phycocyanin, achieving a purification factor of 2.67 fold and application of purified and diluted phycocyanin solution in functional food samples (fermented milk) was also successful. Finally, tests with different preservation and cryopreservation techniques allowed to identify which would be the best way for Spirulina platensis preservation for long periods, ensuring its viability and fast inoculum development