Cultivo de Haematococcus pluvialis sob condições de estresse e em consórcio microbiano visando obter maior rendimento de astaxantina

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Ruptura celular, extração e encapsulamento de Astaxantina de Haematococcus pluvialis (Volvocales, Chlorophyta)

O interesse na produção de astaxantina de fontes naturais vem aumentando significativamente, devido principalmente à sua capacidade como potente agente antioxidante. Na obtenção da astaxantina por via biotecnológica, a microalga Haematococcus pluvialis é um dos micro-organismos industrialmente mais interessantes. Entretanto, como a maioria dos carotenoides, a astaxantina é uma molécula altamente insaturada que pode ser facilmente degradada por processos térmicos. Em função desta instabilidade, uma possibilidade que se abre, a fim de proteger sua atividade biológica de fatores ambientais e reforçar a sua estabilidade física, é o encapsulamento. Neste sentido, este trabalho vem contribuir em inovações relacionadas ao desenvolvimento de tecnologia para ruptura celular, extração e nanoencapsulamento de astaxantina produzida por via biotecnológica, mais especificamente de astaxantina obtida através do cultivo de H. pluvialis. Neste estudo, os cultivos foram realizados em meio BBM e acetato de sódio e conduzidos a temperatura constante de 25±1 ºC em fotobiorreatores de 1 L com aeração por borbulhamento de ar de 300 mL.min-1 , agitação manual diária e sob iluminância constante de 444 µmol fótons.m-2 s -1 durante 15 dias, sendo inoculados com suspensão de microalgas previamente preparada, na proporção de 10%, e pH ajustado em 7,0. A biomassa foi recuperada dos cultivos por centrifugação e seca a 35 °C por 48 h. Em seguida, foram empregadas diferentes técnicas de ruptura celular (química, mecânica e enzimática). Após a ruptura, foi realizada a extração dos carotenoides e a quantificação dos carotenoides totais (µg.g-1 ) e da extratibilidade (%). Entre os solventes testados no método de ruptura química, o diclorometano foi o selecionado para a extração dos pigmentos carotenoides. Dentre as técnicas mecânicas de ruptura celular, a maceração da biomassa congelada com terra diatomácea resultou na maior extratibilidade e carotenoides totais (66,01% e 972,35 μg.g-1 ). A melhor condição de lise da parede celular de H. pluvialis, utilizando o preparado enzimático Glucanex® , ocorreu em pH do meio reacional de 4,5 a 55 ºC, com atividade inicial de β-1,3-glucanase de 0,6 U.mL-1 e um tempo de reação de 30 min, alcançando-se 17,73% de atividade lítica relativa. Nestas condições, com a reação enzimática assistida por ultrassom sem congelamento prévio da biomassa, atingiu-se 83,90% e 1235,89 µg.g -1 , respectivamente, para extratibilidade e carotenoides totais. Dentre as técnicas combinadas testadas, a maceração com terra diatomácea associada à lise enzimática apresentou valores de extratibilidade e carotenoides totais de, respectivamente, 93,83% e 1382,12 µg.g-1 . No encapsulamento do extrato contendo astaxantina obtido por lise enzimática associada por ultrassom, envolvendo a coprecipitação com PHBV (poli(3-hidroxibutirato-cohidroxivalerato)) em fluidos supercríticos, o aumento da pressão tendeu a reduzir o diâmetro da partícula formada, enquanto que o aumento da relação biomassa contendo astaxantina:diclorometano usada na etapa de extração incrementou o percentual de encapsulamento e a eficiência de encapsulamento para ambas pressões testadas (80 e 100 bar). Os maiores valores de percentual de encapsulamento (17,06%) e eficiência de encapsulamento (51,21%) foram obtidos nas condições de 80 bar e relação biomassa:diclorometano de 10 mg.mL -1 . Nestas condições, o diâmetro médio de partícula foi de 0,228 µm. Com base nos resultados obtidos, técnicas para a obtenção de astaxantina de H. pluvialis e seu encapsulamento foram desenvolvidas com sucesso, podendo ser extendidas a outros produtos intracelulares de microalgas.

Cultivo e avaliação do potencial da microalga Chlorella zofingiensis para a produção de biodiesel e produtos de valor acrescentado

O presente trabalho tem como objetivo o cultivo da microalga Chlorella zofingiensis, e a avaliação da sua potencial aplicação na produção de biodiesel e de produtos de valor acrescentado, de entre os quais se destacam os antioxidantes. Com o intuito da produção de biocombustível é necessário efetuar o cultivo da microalga num volume que permita a obtenção de elevada quantidade de biomassa para a concretização do trabalho. Além deste biocombustível, existe ainda a possibilidade de valorização de alguns produtos com valor comercial, como é o caso da astaxantina, a saber na área farmacêutica, alimentar ou até mesmo cosmética. O cultivo da microalga foi feito em meio Bold’s Basal Medium (BBM), inicialmente em matrazes de 5 L e, quando se obteve uma cultura suficientemente densa, inocularam-se fotobiorreatores de 50 L. Conseguiu-se atingir uma concentração máxima de 0,76 g/L, no reator de 5 L, após cerca de 6 semanas de ensaio. Por sua vez, em fotobiorreatores de 50 L, a concentração máxima obtida foi de 0,4 g/L, após 4 semanas de ensaio. Nestas culturas foi possível obter-se uma percentagem lipídica de 7 %, apresentado concentração de pigmentos por litro de cultura na ordem dos 10 mg/L, 4 mg/L e 2 mg/L de clorofila a, clorofila b e carotenoides totais, respetivamente. Com esta percentagem lipídica recuperaram-se 400 mg de óleo, obtendo-se posteriormente 280 mg de biodiesel. Pela análise à amostra de biodiesel obtida foi possível obter o perfil lipídico desta microalga, quando cultivada em meio BBM, sendo 41% de ácido palmítico (C16:0), 9% de ácido esteárico (C18:0), 27% de ácido oleico (C18:1) e 23% de ácido linoleico (C18:2). Os resultados obtidos mostram que a Chlorella zofingiensis é uma microalga com interesse potencial para a produção de clorofila e carotenóides, mas não para o óleo para a produção de biodiesel.

Camarão Litopenaeus vannamei: componentes de importância nutricional na carne e nos resíduos do beneficiamento

Farming of marine shrimp is growing worldwide and the Litopenaeus vannamei (L. vannamei) shrimp is the species most widely cultivated. Shrimp is an attractive food for its nutritional value and sensory aspects, being essential the maintenance of this attributes throughout storage, which takes place largely under freezing. The aim of this research was to evaluate quality characteristics of Litopenaeus vannamei shrimp, during freezing storage and to verify the effect of rosemary (Rosmarinus officinalis) adding. Considering the reutilization of processing shrimp wastes, total carotenoids analysis were conducted in waste of Litopenaeus vannamei shrimp and in the flour obtained after dryer. Monthly physicochemical and sensorial analysis were carried out on shrimp stored at 28,3 ± 3,8ºC for 180 days. Samples were placed in polyethylene bags and were categorized as whole shrimp (WS), peeled shrimp (PS), and PS with 0,5% dehydrated rosemary (RS). TBARS, pH, total carotenoid and sensorial Quantitative Descriptive Analysis (QDA) were carried out. Carotenoid total analysis was conducted in fresh wastes and processed flour (0 day) and after 60, 120 and 180 days of frozen storage. After 180 days, RS had lower pH (p = 0.001) and TBARS (p = 0.001) values and higher carotenoids (p = 0.003), while WS showed higher carotenoid losses. Sensory analysis showed that WS were firmer although rancid taste and smell were perceived with greater intensity (p = 0.001). Rancid taste was detected in RS only at 120 days at significantly lower intensity (p = 0.001) than WS and PS. Fresh wastes had 42.74μg/g of total carotenoids and processed flour 98.51μg/g. After 180 days of frozen storage, total carotenoids were significantly lower than 0 day (p<0,05). The addition of rosemary can improve sensory quality of frozen shrimp and reduce nutritional losses during storage. Shrimp wastes and flour of L. vannamei shrimp showed considerable astaxanthin content however, during storage it was observed losses in this pigment

Carotenogênese em células de Haematococcus pluvialis induzidas pelos estresses luminoso e nutricional

The objective of this work was to evaluate the responses of Haematococcus pluvialis cells to the carotenogenesis induction process, under light and nutrition stress. Cells were acclimated during 15 days in WC medium, with aeration with synthetic, filtered atmospheric air and flow rate of 100 mL min-1, light intensity of 50 µmol photons m-2 s-1, photoperiod of 12 hours, and temperature of 23ºC. The following two treatments were compared: cultivation under the described conditions, but with increase of light intensity up to 350 µmol photons m-2 s-1 ; and cultivation under the same conditions as the previous treatment, but with aeration containing 4% CO2. The treatments were done in triplicate, during ten days. With the addition of CO2 and the increment in lighting, an increase was observed in the carotenoids/chlorophyll ratio and cell biomass. Cells stopped dividing on the second day of stress, when nitrate became limiting, and significantly increased their biovolume. The excretion of organic carbon and the concentration of astaxanthin increase in response to the addition of CO2. Stress by light intensity combined with CO2 addition optimizes carotenogenesis in H. pluvialis and increases astaxanthin production.

Qualidade de filés de tilápia alimentadas com pigmentante de origem bacteriana: Thiago Luís Magnani Grassi. -

Pós-graduação em Ciência Animal - FMVA

Crescita della Chlorophyta Haematococcus pluvialis in risposta alla variazione di componenti chimici del terreno di coltura

Haematococcus pluvialis è una delle specie microalgali di maggior interesse biotecnologico, poiché rappresenta la maggior fonte naturale del pigmento astaxantina, carotenoide molto ricercato nell’ industria mangimistica, nutraceutica, cosmetica e farmacologica. La produzione massiva di questa specie è ancora caratterizzata da numerose limitazioni allo scale-up; il principale collo di bottiglia della coltivazione è rappresentato dalla crescita lenta e dal relativamente basso numero di cellule finali che vengono raggiunte, traducendosi in una minore quantità di astaxantina prodotta. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di provare ad incrementare le velocità di crescita della fase iniziale dello stadio vegetativo dell’alga, utilizzando sostanze di crescita quali fitoormoni, sostanza organica, vitamine e medium formulati con diversi rapporti N/P, in modo tale da ottenere un maggiore numero di cellule che possono essere indotte a produrre astaxantina. Alcune condizioni hanno mostrato effetti sulla crescita, tuttavia la condizione che ha fornito un maggior incremento come numero di cellule è stata quella caratterizzata dall’utilizzo di un basso valore del rapporto N/P, rispetto al valore solitamente utilizzato per questa specie. Nonostante siano necessari ancora diversi sforzi per individuare i fattori biotici e abiotici che regolano la crescita di H. pluvialis nell’ottica di una produzione massiva, il principale collo di bottiglia di questo processo può essere quindi ridotto con l’utilizzo delle sostanze stimolanti la crescita sperimentate in questo lavoro e dalla formulazione di medium di crescita che forniscano un compromesso tra un alto numero di cellule finali e costi di produzione relativamente contenuti.

Crescimento celular e produção de carotenoides pela microalga haematococcus pluvialis

O crescimento celular da microalga Haematococcus pluvialis e a bioprodução de carotenoides são influenciados pelas diferentes condições de cultivo. Dentre os corantes naturais, a astaxantina tem importante aplicação farmacêutica, cosmética e na indústria de alimentos. Este pigmento além de colorir, possui propriedades biológicas, dentre elas a atividade antioxidante. A produção de astaxantina através do cultivo de H. pluvialis pode alcançar até 4% do peso seco da microalga. O objetivo desse trabalho foi avaliar o crescimento celular, bem como a produção de carotenoides pela microalga Haematococcus pluvialis em diferentes condições de cultivo e a atividade antioxidante dos extratos carotenogênicos. Foram utilizados os meios autotróficos Blue Green-11 (BG-11), BAR (Barbera Medium) e BBM (Bold Basal Medium) e os meios mixotróficos BBM e glicose e BBM e acetato de sódio, empregando 10 ou 20% de inóculo em pHs iniciais de 6, 7 ou 8, aeração de 0,30 L.min-1 , sob iluminância de 6 Klx, 24±1ºC durante 15 dias em fotobiorreatores de 1 L. A concentração celular foi avaliada diariamente através de leitura de absorvância a 560 nm. A ruptura celular foi realizada através de 0,05 g de células secas com 2 mL de dimetilsulfóxido e a concentração de carotenoides totais determinada a partir de leitura espectrofotométrica a 474 nm. Os meios de cultivo BG-11, BBM e glicose e BBM e acetato de sódio apresentaram, respectivamente, o maior crescimento celular e produção de carotenoides totais de 0,64, 1,18 e 0,68 g.L-1 , e 3026,66, 2623,12 e 2635,38 µg.g-1 , empregando 10% de inóculo em pH inicial de 7. Com base nesses resultados, foram selecionados esses três meios para dar continuidade ao trabalho. O meio de cultivo BBM e acetato de sódio obteve o melhor valor de concentração celular máxima, com 1,29±0,07 g.L-1 e de carotenoides totais 5653,56 µg.g-1 empregando pH inicial de 7 e concentração de inóculo de 20%. Este meio foi selecionado para a realização dos cultivos com injeção de 30 % de CO2 uma vez ao dia durante 1 hora, realizados durante 22 dias, em pH inicial de 7 e 20% de inóculo, com 30% de injeção de CO2 uma vez ao dia durante 1 hora. Nestas condições o crescimento celular alcançou o máximo de 1,13 g.L-1 (10 dias), carotenoides totais específicos de 2949,91 µg.g-1 e volumétricos de 764,79 µg.g-1 .L-1 (22 dias). A capacidade antioxidante dos extratos carotenogênicos também foi avaliada pelos métodos DPPH, FRAP e ABTS, não sendo possível quantificá-la através do DPPH e FRAP. Por outro lado, utilizando o método ABTS, em 90 minutos de reação, o poder de inibição encontrado foi de 35,70 % μg-1 . Assim, a condição que mais se destaca é a utilização do meio de cultivo BBM e acetato de sódio, com pH inicial 7, com 20% de inóculo, 0,30 L.min-1 de aeração, 6 Klx e 24±1ºC, uma vez que o crescimento celular e a bioprodução de carotenoides foi significativamente superior quando comparada às demais condições estudadas. Além disso, os carotenoides produzidos pela H. pluvialis, nesta condição, apresentaram capacidade antioxidativa.