Produção e extração da enzima anidrase carbônica e de ficobiliproteínas a partir de microalgas

Muito interesse tem sido focado no potencial biotecnológico das microalgas, principalmente devido à identificação de diversas substâncias sintetizadas por estes organismos, dentre elas a anidrase carbônica e as ficobiliproteínas. A anidrase carbônica é uma metaloenzima que catalisa a hidratação reversível do CO2 em bicarbonato com alta eficiência, sendo utilizada para captação de CO2 através de sistemas biológicos. A C-ficocianina e a aloficocianina, corantes naturais, são os dois principais componentes das ficobiliproteínas em cianobactérias e apresentam diversas aplicações dentro da indústria alimentícia, cosmética e farmacêutica. O objetivo principal desta tese foi avaliar a produção e a extração da anidrase carbônica e das ficobiliproteínas a partir de diferentes microalgas. Para isso, primeiramente foi realizado uma investigação da produção da anidrase carbônica pela microalga Dunaliella tertiolecta, onde foi estudada a extração da enzima e sua aplicação em sistemas de captura enzimática de CO2. Posteriormente foi avaliada a produção da enzima ao longo do cultivo de diferentes microalgas marinhas e dulcícolas (Dunaliella tertiolecta, Tetraselmis sueccica, Phaeodactylum tricornutum, Nannochloropsis oculata, Isochysis galbana, Chlorella vulgaris e Scenedesmus obliquus). A produção da enzima e de ficobiliproteínas, também, foi estudada para as cianobactérias Spirulina platensis LEB 52, Spirulina sp. LEB 18 e Synechococcus nidulans. Todos os cultivos foram acompanhados em termos de biomassa e pH. Por último, foi realizado um estudo de extração da enzima de P. tricornutum e extração conjunta da anidrase carbônica e de ficobiliproteínas da cianobactéria S. sp. LEB 18. Os cultivos foram realizados em frascos erlenmeyer contendo os meios Conway (marinhas), BG-11 (dulcícolas) e Zarrouk 20% (cianobactérias). Na avaliação da ruptura celular foram testadas as técnicas de maceração em gral e pistilo, agitação em vórtex com pérolas de vidro, sonicação com pérolas de vidro, homogeneizador ultrassônico, secagem, congelamento e descongelamento e a combinação de tratamentos. Maiores rendimentos de extração da enzima a partir da microalga D. tertiolecta foram obtidos utilizando tratamento ultrassônico, juntamente com baixas concentrações de biomassa úmida (0,1 e 0,2 g/L), e a mesma apresentou potencial para aplicação em processos de captação enzimática do CO2. Durante os cultivos, a microalga C. vulgaris se destacou como maior produtora da enzima anidrase carbônica, atingindo valores de atividade enzimática de 44,0 U/L. As cianobactérias apresentaram valores de atividade entre 41,6 e 45,9 U/L, sendo que a S. sp. LEB 18 foi a que apresentou maiores produções de C-ficocianina e aloficocianina no ponto de máxima atividade volumétrica, 65,9 e 82,2 µg/mL, respectivamente. A enzima extraída da biomassa de S. platensis LEB 52 catalisou a hidratação do CO2 que precipitou na forma de CaCO3. Maiores rendimentos de extração da enzima a partir das microalgas P. tricornutum e S. sp. LEB 18 foram obtidos utilizando homogeneizador ultrassônico, que foram 31,3 U/g e 25,5 U/g, respectivamente. A biomassa de S. sp. LEB 18, também apresentou potencial para a extração de ficobiliproteínas, obtendo- se altas concentrações de C-ficocianina (100,5 mg/g) e aloficocianina (69,9 mg/g). Através dos resultados obtidos, pode-se verificar a potencialidade das microalgas e das cianobactérias para produção da enzima anidrase carbônica e das ficobiliproteínas, biomoléculas de alto valor industrial. Este trabalho apresenta processos eficientes para a extração da enzima e de ficobiliproteínas tanto para escala laboratorial como industrial.

Síntese de carboidratos por microalgas e produção de bioetanol

A maior parte da energia hoje consumida no mundo é derivada de fontes como petróleo, carvão e gás natural. Essas fontes, no entanto, não são renováveis e podem se esgotar em data futura. Nas últimas décadas, as fontes renováveis de combustíveis de base biológica, em especial o bioetanol, têm sido consideradas como alternativa à matriz energética convencional. Porém, existe a necessidade de ampliação da oferta de matérias-primas para produção de etanol, sem pressionar a área plantada para produção de alimentos, o que tem levado empresas e países a investirem em pesquisas para maior utilização de outras matériasprimas. As microalgas surgem como uma das alternativas mais promissoras para a produção de bioetanol, sendo que modificações nas condições de cultivo podem propiciar incremento na concentração de carboidratos destas. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da concentração de nutrientes na concentração de carboidratos de microalgas e produzir bioetanol a partir destas. Avaliou-se a síntese de carboidratos das microalgas Chlorella homosphaera e Spirulina platensis LEB 52 em cultivos mixotróficos com diferentes concentrações do componente nitrogenado e cloreto de sódio adicionados aos meios de cultivo. Para a microalga Chlorella minutissima, foram avaliados os efeitos do meio de cultivo e das concentrações dos componentes nitrogenado e fosfatados utilizados no meio de cultivo da microalga sobre a concentração de carboidratos desta. Foram realizadas fermentações alcoólicas utilizando como substrato biomassa das microalgas Chlorella pyrenoidosa e Spirulina sp. LEB 18 acrescidos de glicose e sacarose. Para a microalga Chlorella homosphaera, a maior produtividade em carboidratos foi obtida nos ensaios realizados com a maior concentração de KNO3 com menor concentração de NaCl e menor concentração de KNO3 com maior concentração de NaCl (0,014±0,001 g.L-1 .d-1 e 0,015±0,002 g.L-1 .d-1 , respectivamente). A maior produtividade em carboidratos nos cultivos de Spirulina platensis LEB 52 (0,116±0,002 g.L-1 .d-1 ) foi verificada no experimento no qual a microalga foi cultivada nas menores concentrações de NaNO3 e NaCl. A microalga Spirulina platensis LEB 52 apresentou maior produtividade em carboidratos quando comparada à microalga Chlorella homosphaera. A microalga Chlorella minutissima cultivada em meio Basal, com adição de 0,125 g.L-1 do componente nitrogenado (KNO3) e sem adição dos componentes fosfatados (K2HPO4 e KH2PO4) apresentou a maior produtividade em carboidratos nos cultivos (0,030±0,002 g.L-1 .d-1 ). O ensaio com biomassa de Spirulina sp. LEB 18 com adição de glicose apresentou eficiência superior na formação de etanol e produtividade em etanol (68,487±2,592% e 1,182±0,051g.L-1 .h-1 , respectivamente).

Síntese, extração e caracterização de biopolímeros de origem microalgal para desenvolvimento de nanofibras

Pesquisas com microalgas estão crescendo devido aos possíveis bioprodutos oriundos de sua biomassa, bem como as suas diferentes aplicabilidades. Microalgas podem ser cultivadas para a produção de biopolímeros com características de biocompatibilidade e biodegradabilidade. Nanofibras produzidas por electrospinning a partir de poli-β-hidroxibutirato (PHB) geram produtos com aplicabilidade na área de alimentos e médica. O objetivo deste trabalho foi selecionar microalgas com maior potencial para síntese de biopolímeros, em diferentes meios de cultivo, bem como purificar poli-β-hidroxibutirato e desenvolver nanofibras. Este trabalho foi dividido em cinco artigos: (1) Seleção de microalgas produtoras de biopolímeros; (2) Produção de biopolímeros pela microalga Spirulina sp. LEB 18 em cultivo com diferentes fontes de carbono e redução de nitrogênio; (3) Síntese de biopolímeros pela microalga Spirulina sp. LEB 18 em cultivos autotróficos e mixotróficos; (4) Purificação de poli-β- hidroxibutirato extraído da microalga Spirulina sp. LEB 18; e (5) Produção de nanofibras a partir de poli-β-hidroxibutirato de origem microalgal. Foram estudadas as microalgas Cyanobium sp., Nostoc ellipsosporum, Spirulina sp. LEB 18 e Synechococcus nidulans. Os biopolímeros foram extraídos nos tempos de 5, 10, 15, 20 e 25 d de cultivo a partir de digestão diferencial. Para os experimentos com diferentes nutrientes, foi utilizado como fonte de carbono, bicarbonato de sódio, acetato de sódio, glicose e glicerina modificando-se as concentrações de nitrogênio e fósforo. Os cultivos foram realizados em fotobiorreatores fechados de 2 L. A concentração inicial de inóculo foi 0,15 g.L-1 e os ensaios foram mantidos em estufa termostatizada a 30 ºC com iluminância de 41,6 µmolfótons.m -2 .s -1 e fotoperíodo 12 h claro/escuro. Para a purificação de PHB, foi utilizada a biomassa da cianobactéria Spirulina sp. LEB 18, cultivada em meio Zarrouk. Após a extração do biopolímero bruto, a amostra foi desengordurada com hexano e purificada com 1,2-carbonato de propileno. Foram determinadas as purezas e as propriedades térmicas no PHB purificado. O biopolímero utilizado para produzir as nanofibras apresentava 70 % de pureza. A técnica para produção de nanofibras foi o electrospinning. As microalgas que apresentaram máxima produtividade foram Nostoc ellipsosporum e Spirulina sp. LEB 18 com rendimento de biopolímero 19,27 e 20,62 % em 10 e 15 d, respectivamente, na fase de máximo crescimento celular. O maior rendimento de biopolímeros (54,48 %) foi obtido quando se utilizou 8,4 g.L-1 de NaHCO3, 0,05 g.L-1 de NaNO3 e 0,1 g.L-1 de K2HPO4. A condição que proporcionou maior pureza do PHB foi a 130 ºC e 5 min de contato entre o solvente (1,2-carbonato de propileno) e o PHB. As análises térmicas para todas as amostras foram semelhantes em relação ao PHB padrão (Sigma-Aldrich). A purificação com 1,2-carbonato de propileno foi eficiente para o PHB extraído de microalga, alcançando pureza acima de 90 %. A condição que apresentou menores diâmetros de nanofibras foi ao utilizar solução contendo 20 % de biopolímero solubilizado em clorofórmio. As condições do electrospinning que apresentou nanofibras com diâmetros de 470 e 537 nm foram, vazão 150 µL.h-1 , diâmetro do capilar 0,45 mm e voltagens entre 24,1 e 29,6 kV, respectivamente. A microalga Spirulina sp. LEB 18 produz PHB ao utilizar menores concentrações de nutrientes no meio de cultivo, que pode ser purificado com 1,2-carbonato de propileno. Este biopolímero possui aplicabilidade para produção de nanofibras.

Influência da ingestão de biomassas de spirulina (Arthrospira sp.) sobre o peso corporal e consumo de ração em ratos

Neste trabalho verificou-se a influência do consumo de biomassas provenientes de três diferentes origens sobre o peso corporal e consumo de ração em ratos Wistar, machos e adultos. Grupos que consumiram 5% ou 10% (p/p) da biomassa foram comparados com um controle. A biomassa I não promoveu diferença significativa no consumo de ração ou peso corporal dos três grupos. A biomassa II não causou diferença significativa no peso corporal, mas sim no consumo de ração. A biomassa III não causou diferença significativa no consumo de ração, nem no peso corporal, mas houve tendência de maior ganho de peso para o grupo que consumiu a ração contendo 10% de spirulina. Os resultados obtidos indicam que diferentes biomassas podem apresentar diferentes propriedades, mas não confirmam a alegação de que a spirulina pode levar a diminuição de peso ou de consumo de alimento.

Potencial antifúngico, antioxidante e inibidor da produção de aflatoxina por extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis

A contaminação fúngica acarreta alterações na qualidade nutricional e no valor econômico de produtos alimentícios podendo causar danos patológicos em plantas, animais e humanos. A identificação da atividade antioxidante, antifúngica e antimicotoxinas, em extratos de microalgas com propriedade de inibir a multiplicação de fungos e subseqüente produção de micotoxinas abre a perspectiva de empregar substâncias mais eficientes e com maior ação específica contra estes microorganismos. Entre os compostos com propriedades inibidoras de radicais livres, de crescimento fúngico e produção de micotoxinas, destacam-se os compostos fenólicos, que podem inibir a atividade metabólica microbiana, dificultando a atividade de enzimas. Neste estudo foram avaliados o poder de inibição de multiplicação fúngica de Rhizopus oryzae e Aspergillus flavus pelos extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis, bem como sua atividade antioxidante, e a atividade antimicotoxinas da última microalga contra Aspergillus flavus. O conteúdo de fenóis totais foi em média 1000 µgfenóis/g Spirulina platensis e 600 µgfenóis/g Chlorella sp., sendo que o acido gálico e o cafeíco foram identificados como compostos majoritários na Spirulina platensis. As determinações de glicosamina (parede celular) e ergosterol (membrana celular) mostraram-se bons indicativos do desenvolvimento microbiano permitindo uma boa estimativa da inibição dele. O extrato fenólico de Spirulina platensis apresentou capacidade de inibir cerca de 50% a formação da parede e da membrana celular para ambos os fungos estudados e de 100% a produção de aflatoxina B1 até o 10º dia de cultivo do Aspergillus flavus. Além disso, o extrato metanólico de Spirulina platensis inativou 53,5% o DPPH reativo, limitou o escurecimento enzimático ocasionado pela peroxidase em 55% e inibiu a peroxidação lipídica em 46% após 14 dias de armazenamento sob luz. Estes resultados mostram que a ação antifúngica, antimicotoxinas e antioxidante está naturalmente presente em alguns tecidos microbianos e que encontrar a forma de extraí-los e aplicá-los como conservantes alimentícios é muito promissor para substituição aos antifúngicos e outros conservantes químicos.

Digestibilidade de aminoácidos de microalga spirulina platensis para frangos de corte.

2016

High-throughput Analysis By Sp-ldi-ms For Fast Identification Of Adulterations In Commercial Balsamic Vinegars.

Balsamic vinegar (BV) is a typical and valuable Italian product, worldwide appreciated thanks to its characteristic flavors and potential health benefits. Several studies have been conducted to assess physicochemical and microbial compositions of BV, as well as its beneficial properties. Due to highly-disseminated claims of antioxidant, antihypertensive and antiglycemic properties, BV is a known target for frauds and adulterations. For that matter, product authentication, certifying its origin (region or country) and thus the processing conditions, is becoming a growing concern. Striving for fraud reduction as well as quality and safety assurance, reliable analytical strategies to rapidly evaluate BV quality are very interesting, also from an economical point of view. This work employs silica plate laser desorption/ionization mass spectrometry (SP-LDI-MS) for fast chemical profiling of commercial BV samples with protected geographical indication (PGI) and identification of its adulterated samples with low-priced vinegars, namely apple, alcohol and red/white wines.

Chromobacterium Amazonense Sp. Nov. Isolated From Water Samples From The Rio Negro, Amazon, Brazil.

The taxonomic position of a bacterium isolated from water samples from the Rio Negro, in Amazon, Brazil, was determined by using a polyphasic approach. The organism formed a distinct phyletic line in the Chromobacterium 16S rRNA gene tree and had chemotaxonomic and morphological properties consistent with its classification in this genus. It was found to be closely related to Chromobacterium vaccinii DSM 25150(T) (98.6 % 16S rRNA gene similarity) and shared 98.5 % 16S rRNA gene similarity with Chromobacterium piscinae LGM 3947(T). DNA-DNA relatedness studies showed that isolate CBMAI 310(T) belongs to distinct genomic species. The isolate was readily distinguished from the type strain of these species using a combination of phenotypic and chemotaxonomic properties. Thus, based on genotypic and phenotypic data, it is proposed that isolate CBMAI 310(T) (=DSM 26508(T)) be classified in the genus Chromobacterium as the type strain of a novel species, namely, Chromobacterium amazonense sp. nov.

Nitrogen Starvation For Lipid Accumulation In The Microalga Species Desmodesmus Sp.

Recently, to obtain lipids from microalgae has been the object of extensive research, since it is viewed as a promising feedstock for biodiesel production, especially when compared with crops such as soybean and sunflower, in terms of theoretical performance. The reduction of nutrient availability in culture media, especially nitrogen, stresses the microorganisms and affects cell growth, thus inducing lipid accumulation. This is an interesting step in biodiesel feedstock obtention from microalgae and should be better understood. In this study, four levels of nitrogen concentration in the BG-11 culture medium were evaluated in the growth of the chlorophycean microalga Desmodesmus sp. Both cell growth and lipid content were monitored over 7 days of cultivation, which yielded a final cell density of 33 × 10(6) cells mL(-1) with an initial NaNO3 concentration of 750 mg L(-1) in the medium and a maximum lipid content of 23 % with total nitrogen starvation. It was observed that the microalgae presented high lipid accumulation in the fourth day of cultivation with nitrogen starvation, although with moderate cell growth.

Variabilidade espacial e sazonal da concentração de elementos-traço em sedimentos do sistema estuarino de Santos-Cubatão (SP)

Multi-element analyses of sediment samples from the Santos-Cubatão Estuarine System were carried out to investigate the spatial and seasonal variability of trace-element concentrations. The study area contains a rich mangrove ecosystem that is a habitat for tens of thousands of resident and migratory birds, some of them endangered globally. Enrichments of metals in fine-grained surface sediments are, in decreasing order, Hg, Mn, La, Ca, Sr, Cd, Zn, Pb, Ba, Cu, Cr, Fe, Nb, Y, Ni and Ga, relative to pre-industrial background levels. The maximum enrichment ranged from 49 (Hg) to 3.1 (Ga). Mercury concentrations were greater in the Cubatão river than in other sites, while the other elements showed greater concentrations in the Morrão river. Concentrations of Mn were significantly greater in winter and autumn than in summer and spring. However, other elements (e.g. Cd and Pb) showed the opposite, with greater concentrations in summer and spring. This study suggests that seasonal changes in physical and chemical conditions may affect the degree of sediment enrichment and therefore make the assessment of contamination difficult. Consequently, these processes need to be considered when assessing water quality and the potential contamination of biota.

Um novo índice de qualidade das águas para proteção da vida aquática aplicado ao Rio Atibaia, região de Campinas/Paulínia-SP

In this paper a water quality index is developed to subsidize management actions in the Atibaia River for upon protection of aquatic organisms. This index is composed of two measurable environmental parameters normaly, ammonia and dissolved oxygen, the latter representing the contribution of organic matter. Concentrations of these two variables were normalized on a scale from 0 to 100 and translated into statements of quality (excellent, good, regular, bad and very bad). The index was applied to three monitoring points in the Atibaia River and compared to other indices used by the State of São Paulo Environmental Agency (CETESB). The results showed that the degradation in this watershed follows the urban population density. The developed index is more restricted than the other ones routinely used to infer water quality.

Levantamento fitossociológico e caráter sucessional de um trecho de floresta secundária ciliar em Juquitiba, SP, Brasil

The objective of this study was to evaluate the horizontal and vertical structures of tree community in regeneration in a fragment of a secondary riparian forest at approximately 30 years of age and to identify the most abundant species in each fragment of the forest to determine the sucessional stage. An area of 800 m² was subdivided into 16 samples of 10 x 5 m and all individuals with DBH ≥ 1 cm were sampled and identified for the following analyzes: horizontal parameters (DR, FR, DoR, IVC and IVI), vertical parameters (PSR and RNR) and mixed parameters, from of value of increased importance index (IVIa). The survey measured 689 individuals, belonging to 38 families, 74 genus and 109 species. The total density was 8,614 individuals/ha. The index of Shannon´s diversity was 3.99 and the index of Pielou´s equability was 0.85. Tibouchina pulchra, Psychotria suterella and Endlicheria paniculata obtained high values of IVIa. Guarea macrophylla, Gomidesia anacardiaefolia, Xylopia langsdorffiana and Endlicheria paniculata achieved high values of RNT, indicating adequate natural regeneration in the plot. The initial secondary and umbrophylous species showed the highest ecological importance in this fragment of the forest, with the highest values of sociologic position and importance index. Furthermore, the presence of late secondary species in all layers suggest that the studied fragment is in intermediate succession degree.

Classificação e padronização dos tomates cv. Carmem e Débora dentro da CEAGESP - SP

The creation of the Brazilian Program for the Modernization of the Horticulture by the Secretariat of Agriculture and Supplying of the State of São Paulo at CEAGESP, determined the standardization of fruit and vegetables in the follow aspects: degree of coloration, format, calibers, defects and packing. Therefore, the main goal of this research is to correlate the classification given by the Brazilian Program with the one used by the wholesalers at CEAGESP, verifying if the established norms are being fulfilled for cultivar Carmen and Debora (SAKATA SEED). The results showed, that for cultivar Carmem, for the averages of the observed values it does not move away from the norms created by the Program for sizes small and medium. However, for the case of cultivar Debora, the results showed differences between the adopted classifications. The tomatoes were devaluated, because had been commercialized below of the standardization indicated for the Brazilian Program.

Fundações de construções submetidas a esforços de tração em solo de alta porosidade da região de Campinas - SP

This paper presents the behavior of three bored piles conducted in diabasic soil submitted to uplift forces. The piles were built at the site for Experimental Studies in Soil Mechanics and Foundations of UNICAMP, located in the city of Campinas, Brazil. Field tests have already been conducted at the site (SPT, CPT, DMT and PMT), as well as laboratory tests by using sample soils taken from a well up to 17 m deep. The water table is not checked until a depth of 17 m. In order to check the behavior of the piles when submitted to uplift forces, slow static load tests were carried out as the recommendations of NBR 12131. The carrying capacity of these piles was also provided by means of theoretical methods, appropriate for uplift forces, and through semi-empirical methods appropriate for compression forces, considering only the portion of lateral resistance. The values estimated by using the considered methods were compared to those obtained by means of load tests. One of the tested piles was extracted from the soil to be the subject of a study on its geometry.

Composição florística de uma floresta ripária na Reserva Estadual de Porto Ferreira, SP

The point-centred quarter method (63 points) was applied in Porto Ferreira State Reserve (21º49'S and 47º25'W) in an area (1.08ha) on the right margin of Moji Guaçu river, including two woody individuals per quarter - one with DBH < 10cm and at least 130cm high, the other with DBH > 10cm. The results obtained were compared with those published by other authors for a riparian forest (Mata da Figueira) at Moji Guaçu Ecological Station (about 100 km upstream on the same river). At Porto Ferreira 107 species were found, of which 80 were exclusive, compared with the Mata da Figueira where of the 59 species listed, 31 were exclusive. The two area shared 27 common species, thus accounting for a low Sørensen similarity of 48.6%. The great environmental heterogeneity of the floodplains, as well as the degree of anthropic disturbance, could account for this floristic variation. The greatest numbers of species were shown by Leguminosae (20), Myrtaceae (17), Rutaceae (9), Euphorbiaceae (7), and Lauraceae, Meliaceae, Moraceae and Rubiaceae (6 species each). There appears to be little difference at the family level among the periodically flooded and non-flooded forests of the State of São Paulo, but the species show different degreees of preference for habitat. The floristic composition of the two areas presented a mixture of typical species with others of non-flooded forests. The latter would occur on the floodplain probably by a) adaptation of the root system to relatively short flooding periods; b) shorter periods of flooding on the higher points of the microrelief of the floodplain, and c) greater aeration due to running water.