Use of microalgae in biotechnology, with emphasis on biodiesel and analysis of immunoparameters in marine shrimp

Microalgae are unicellular organisms capable of using solar energy and carbon dioxide with high photosynthesis efficiency to produce biomass, and are easy to cultivate. Due to these characteristics, they have been the object of research, especially in the fields of aquaculture and biotechnology. This thesis, consisting of four chapters, had as its first objective to evaluate the efficiency of different extraction methods of biomass oil from cultures of microalga Chlorella vulgaris. Four of these methods were ultrasound-assisted (cold) and one by heating. After determining the best method for lipid extraction, we evaluated the influence of salinity of the culture medium in biomass recovery and oil yield for ten microalgae cultivated in Guillard f/2 medium. Next, the influence of different amounts of sodium nitrate was evaluated in the culture medium for biomass recovery and oil yield for four microalgae. Lastly, biomass recovery and oil yield was determined for C. vulgaris cultivated outdoors, and the main fatty acids present in the oil for biodiesel production were identified. Also, the performance and certain immunoparameters of marine shrimp Litopenaeus vannamei were evaluated following inclusion of biomass obtained from outdoor microalgae culture in the diet, before and after the oil extraction process. Lipid extraction using the Bligh and Dyer method showed the highest yield (52.49±3.37%) among the ultrasound-assisted methods. Of the ten microalgae cultivated under different salinities, six saw their oil yields increase when salinity was reduced from 35 to 25; the highest increase (eight-fold) was observed in Tetraselmis sp., whereas oil yield increased in three species when salinity was raised from 25 to 35, with a threefold increase for C. vulgaris. The higher amounts of sodium nitrate in cultivation media resulted in increased biomass recovery from microalgae Nannochloropsis oculata and C. vulgaris, whereas the reduction in the quantity of this nutrient resulted in higher oil yields for all microalgae, especially for the species described above. Finally, it was observed that certain growth performance parameters of marine shrimp were vastly superior in the experiment using inclusion of natural C. vulgaris biomass in replacement of defatted biomass, although 0.5% inclusion of the latter also showed satisfactory results. With regard to immunoparameters, inclusion of natural or defatted biomass of C. vulgaris in the diet of shrimps, regardless of amount used, increased the concentration of total proteins and reduced phenoloxidase activity in animal serum.As microalgas são organismos unicelulares capazes de usar a energia solar e o dióxido de carbono com elevada eficiência fotossintética para produção de biomassa, além de serem facilmente cultivadas. Devido a essas características são objetos de pesquisa principalmente na aquicultura e biotecnologia. Esta tese, composta de quatro capítulos, teve como primeiro objetivo avaliar a eficiência de cinco métodos de extração de óleo da biomassa obtida de culturas da microalga Chlorella vulgaris, sendo quatro destas extrações assistidas por ultrasom (a frio) e um método por aquecimento. Após a determinação do melhor método de extração de lipídios, foi avaliada a influência da salinidade do meio de cultivo na recuperação da biomassa e rendimento de óleo de dez microalgas cultivadas em meio Guillard f/2. Em seguida, foi avaliada a influência de diferentes quantidades de nitrato de sódio no meio de cultivo na recuperação da biomassa e no rendimento de óleo de quatro microalgas. Por último, foram determinados a recuperação da biomassa e rendimento de óleo de C. vulgaris cultivada em ambiente externo, bem como identificados os principais ácidos graxos presentes no óleo para a produção de biodiesel. Além disso, foram avaliados o desempenho zootécnico e alguns imunoparâmetros do camarão marinho Litopenaeus vannamei após inclusão da biomassa obtida dessa cultura externa da microalga em sua dieta, antes e após o processo de extração de óleo. A extração de lipídios pelo método de Bligh e Dyer apresentou o maior rendimento (52,49±3,37%) dentre os métodos assistidos por ultrasom. Das dez microalgas cultivadas em salinidades diferentes, seis tiveram seus rendimentos de óleo aumentados quando a salinidade foi reduzida de 35 para 25, com um incremento máximo de oito vezes em Tetraselmis sp., enquanto o rendimento de óleo aumentou em três espécies quando a salinidade foi elevada de 25 para 35, com um incremento de três vezes em C. vulgaris. O aumento das quantidades de nitrato de sódio nos meios de cultivo resultou na elevação da recuperação de biomassa das microalgas Nannochloropsis oculata e C. vulgaris, enquanto a redução das quantidades desse nutriente resultou no aumento dos rendimentos de óleo de todas as microalgas, principalmente para as espécies descritas acima. Finalmente, foi constatado que alguns parâmetros zootécnicos de crescimento dos camarões marinhos foram bem melhores no experimento que utilizou inclusão da biomassa natural de C. vulgaris no lugar da biomassa delipidada, embora a inclusão de 0,5% da última também tenha apresentado resultados satisfatórios. Com relação aos imunoparâmetros, a inclusão da biomassa natural ou delipidada de C. vulgaris na dieta dos camarões, independente da quantidade utilizada, aumentou a concentração de proteínas totais e reduziu a atividade da fenoloxidase no soro dos animais