Bioactive compounds through anaerobic digestion of heterotrophic microalgae residues

Several important biomolecules are available into anaerobically digested effluents that were obtained from the biodiesel production process using heterotrophically grown microalga Chlorella protothecoides. Defatted microalgae residues and crude glycerol may undergo anaerobic digestion, separately and in admixture, providing methane/hydrogen and a digestate exploitable for agriculture applications. Furthermore, industrial interesting bioactive compounds such as polyphenols provided with antioxidant activity can be obtained. Anaerobic process offers a promising chance and can be advantageously combined with algae lipid-extraction techniques in order to make it more sustainable.

Produção de biogás a partir da co-digestão de resíduos da geração de energia

Aplicações de microalgas tem tornado esses micro-organismos importantes em pesquisas com fins tanto comerciais como energéticos. A biofixação de CO2 por microalgas é vista como uma forma economicamente viável e ambientalmente sustentável para mitigar as emissões de CO2 e geração de biomassa para obtenção de bioprodutos de alto valor agregado como os biocombustíveis. Na digestão anaeróbia da biomassa de microalgas a adição de um cosubstrato rico em carbono pode facilitar o processo de produção de biogás. O glicerol possui alta concentração de carbono orgânico e é solúvel em água. Neste sentido, a combinação de ambos os substratos pode solucionar um dos principais problemas para o processo de digestão, que reside no equilíbrio da razão (C/N). Co-digestão anaeróbia consiste na digestão anaeróbia de uma mistura de dois ou mais substratos com composições complementares. O objetivo do estudo foi avaliar a geração de biogás através da co-digestão anaeróbia de biomassa de Spirulina sp. LEB 18 e glicerol bruto. Para a realização do estudo foram construídos e operados sete biorreatores com volume útil de 1,5 L, alimentados com 5, 6, 10, 15 e 20 g.L -1 da mistura de biomassa de Spirulina e glicerol. A adição de diferentes quantidades de glicerol (5 e 10 g.L -1 ) foi utilizada como um suplemento na digestão anaeróbia em sistema de batelada. A razão C/N variou de 3,3×103 a 23,7. Os ensaios foram realizados a 35 °C, em reatores equipados com sistema de coleta de gás, alimentação e retirada do efluente líquido, operados em batelada sequencial. O efluente líquido dos reatores foi analisado quanto ao pH, nitrogênio amoniacal e alcalinidade. O volume de biogás produzido diariamente foi medido em gasômetro de frasco invertido. Em todos os ensaios, os valores médios de pH variaram de 7,0 a 7,3 e nitrogênio amoniacal de 62,02 a 1100,99 mg.L-1 . A alcalinidade do efluente variou entre 1133,37 e 3578,98 mg.L-1 CaCO3. Em todos os ensaios com adição de glicerol houve incremento na produção específica de biogás (0,16 – 0,24 d -1 ) quando comparado ao ensaio em que somente biomassa microalgal era alimentada no processo (0,03 L.d-1 ), demonstrando ser esta uma alternativa interessante para a produção de biocombustível e concomitante agregação de valor ao glicerol residual da produção de biodiesel.

Crassaminicella profunda gen. nov., sp nov., an anaerobic marine bacterium isolated from deep-sea sediments

A novel, anaerobic, chemo-organotrophic bacterium, designated strain Ra1766HT, was isolated from sediments of the Guaymas basin (Gulf of California, Mexico) taken from a depth of 2002 m. Cells were thin, motile, Gram-stain-positive, flexible rods forming terminal endospores. Strain Ra1766H(T) grew at temperatures of 25-45 degrees C (optimum 30 degrees C), pH 6.7-8.1 (optimum 7.5) and in a salinity of 5-60 g l(-1) NaCl (optimum 30 g l(-1)). It was an obligate heterotrophic bacterium fermenting carbohydrates (glucose and mannose) and organic acids (pyruvate and succinate). Casamino acids and amino acids (glutamate, aspartate and glycine) were also fermented. The main end products from glucose fermentation were acetate, butyrate, ethanol, H-2 and CO2. Sulfate, sulfite, thiosulfate, elemental sulfur, fumarate, nitrate, nitrite and Fe(III) were not used as terminal electron acceptors. The predominant cellular fatty acids were C-14 : 0, C-16:1 omega 7, C-16:1 omega 7 DMA and C-16:0. The main polar lipids consisted of phosphatidylglycerol, diphosphatidylglycerol, phosphatidylethanolamine and phospholipids. The G +C content of the genomic DNA was 33.7 molo/o. Phylogenetic analysis of the 16S rRNA gene sequence indicated that strain Ra1766H(T) was affiliated to cluster XI of the order Clostridia les, phylum Firmicutes. The closest phylogenetic relative of Ra1766H(T) was Geosporobacter subterraneus (94.2% 16S rRNA gene sequence similarity). On the basis of phylogenetic inference and phenotypic properties, strain Ra1766H(T) (=DSM 27501(T)=JCM 19377(T)) is proposed to be the type strain of a novel species of a novel genus, named Crassaminicella pro funda.

Anaerobic oxidation of methane at a marine methane seep in a forearc sediment basin off Sumatra, Indian Ocean

A cold methane seep was discovered in a forearc sediment basin off the island Sumatra, exhibiting a methane-seep adapted microbial community. A defined seep center of activity, like in mud volcanoes, was not discovered. The seep area was rather characterized by a patchy distribution of active spots. The relevance of anaerobic oxidation of methane (AOM) was reflected by C-13-depleted isotopic signatures of dissolved inorganic carbon. The anaerobic conversion of methane to CO2 was confirmed in a C-13-labeling experiment. Methane fueled a vital microbial community with cell numbers of up to 4 x 10(9) cells cm(-3) sediment. The microbial community was analyzed by total cell counting, catalyzed reporter deposition fluorescence in situ hybridization (CARD FISH), quantitative real-time PCR (qPCR), and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). CARD FISH cell counts and qPCR measurements showed the presence of Bacteria and Archaea, but only small numbers of Eukarya. The archaeal community comprised largely members of ANME-1 and ANME-2. Furthermore, members of the Crenarchaeota were frequently detected in the DGGE analysis. Three major bacterial phylogenetic groups (delta-Proteobacteria, candidate division OP9, and Anaerolineaceae) were abundant across the study area. Several of these sequences were closely related to the genus Desulfococcus of the family Desulfobacteraceae, which is in good agreement with previously described AOM sites. In conclusion, the majority of the microbial community at the seep consisted of AOM-related microorganisms, while the relevance of higher hydrocarbons as microbial substrates was negligible.

Fukushima-derived radionuclides in sediments of the Japanese Pacific Ocean coast and various Japanese water samples (seawater, tap water, and coolant water of Fukushima Daiichi reactor unit 5)

We investigated Ocean sediments and seawater from inside the Fukushima exclusion zone and found radiocesium (134Cs and 137Cs) up to 800 Bq kg-1 as well as 90Sr up to 5.6 Bq kg-1. This is one of the first reports on radiostrontium in sea sediments from the Fukushima exclusion zone. Seawater exhibited contamination levels up to 5.3 Bq kg-1 radiocesium. Tap water from Tokyo from weeks after the accident exhibited detectable but harmless activities of radiocesium (well below the regulatory limit). Analysis of the Unit 5 reactor coolant (finding only 3H and even low 129I) leads to the conclusion that the purification techniques for reactor coolant employed at Fukushima Daiichi are very effective.

Eliminação/valorização de resíduos de frutas (kiwi) por digestão anaeróbia

Este estudo tem como objetivo a valorização económica de resíduos agroindustriais, nomeadamente resíduos de kiwi, por digestão anaeróbia de forma a otimizar a produção de biogás e a sua qualidade (% CH4). Trata-se de uma pesquisa experimental que consistiu na avaliação da produção de biogás usando diferentes proporções de substrato e inóculo, quatro valores distintos para a razão C:N, inóculo de diferentes digestores e colheita do inóculo em épocas distintas do ano. Os ensaios foram desenvolvidos num reator batch em condições mesofílicas, sendo o processo acompanhado por monitorização dos parâmetros: pH, Alcalinidade, Ácidos Gordos Voláteis (AGV), Sólidos Totais (ST), Sólidos Voláteis (SV), Carência Química de Oxigénio (CQO) e Carbono. Para a totalidade dos ensaios, o valor de pH no reator praticamente não apresentou variação, mantendo-se em torno de 7,0; a alcalinidade do meio, 1500 mg CaCO3/L, revelou-se adequada uma vez que no final do processo de DA a concentração de AGV (400-600 mg/L), nunca excede os valores considerados críticos. Os resultados obtidos apresentam valores interessantes para um número considerável de ensaios. Das 10 experiências realizadas, em duas foram obtidos resultados muito significativos em relação à literatura; o ensaio com 1% de substrato (experiência 2) registou uma produção de biogás de 1628 L/kg SV com uma %CH4 de 57% e o biogás de maior qualidade, 85% de metano, foi obtido no ensaio com 5% de resíduo de kiwi (experiência 10). As experiências em que se avaliou o efeito da razão C:N foram as menos produtivas, possivelmente devido à inibição da atividade da população microbiana pelo KNO3. A qualidade do inóculo revelou-se determinante num conjunto de ensaios, nomeadamente quando a sua colheita foi realizada no inverno, com o digestor a apresentar temperaturas bastante baixas. De acordo com os valores mais favoráveis para a produção de biogás, por tonelada de resíduo de kiwi poderá ser obtido um valor monetário bruto de 102 €, resolvendo-se um problema de eliminação deste resíduo, com valorização energética simultaneamente.

Photocatalytic Degradation of Anthracene in Closed System Reactor

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) represent a large class of persistent organic pollutants in an environment of special concern because they have carcinogenic and mutagenic activity. In this paper, we focus on and discuss the effect of different parameters, for instance, initial concentration of Anthracene, temperature, and light intensity, on the degradation rate. These parameters were adjusted at pH 6.8 in the presence of the semiconductor materials (TiO2) as photocatalysts overUVlight. The main product of Anthracene photodegradation is 9,10-Anthraquinone which isidentified and compared with the standard compound by GC-MS. Our results indicate that the optimum conditions for the best rate of degradation are 25 ppm concentration of Anthracene, regulating the reaction vessel at 308.15 K and 2.5 mW/cm(2) of light intensity at 17 5mg/100 mL of titanium dioxide (P25).